El_nanomundo_en_tus_manos_Carlos_Briones

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Uno	de	los	campos	más	apasionantes	de	la	ciencia	y	tecnología	actuales	es	el
de	«domesticar»	el	mundo	de	lo	más	pequeño	(átomos	y	moléculas),	para
construir	con	estos	«ladrillos»	nuevos	dispositivos	o	instrumentos.	Tal	es	el
objeto	de	la	llamada	nanociencia	y	nanotecnología,	dos	pujantes	disciplinas
hermanas	llamadas	a	perfilar,	y	revolucionar,	el	panorama	tecnológico	en	este
siglo.	Nadie	duda	ya,	en	efecto,	que	la	nanotecnología	constituye	una
potentísima	herramienta	capaz	de	volver	a	transformar	la	sociedad	como	ya	lo
hizo	la	microelectrónica	en	la	primera	mitad	del	siglo	XX;	su	potencialidad	en
todas	las	áreas	del	conocimiento	parece	ilimitada,	tanto	que	a	veces	nos	surge
la	duda	de	si	algunos	de	los	logros	que	promete	se	convertirán	en	realidad	o
serán	mera	ciencia	ficción.	De	hecho,	uno	de	los	objetivos	de	este	libro	es
poner	en	las	manos	de	los	lectores	información	actual	y	objetiva	para	que
pueda	evaluar	las	consecuencias	sociales	y	éticas	de	unas	tecnologías	que
pronto	estarán	en	sus	hogares.	«El	nanomundo	en	tus	manos»	ayuda,	por	una
parte,	a	visualizar	el	significado	de	la	palabra	«nano»;	es	decir,	nos	introduce
de	lleno	en	los	procesos	que	tienen	lugar	cuando	los	tamaños	o	distancias
típicas	son	de	un	nanómetro	(mil	millonésima	parte	de	un	metro),	de	manera
que	podamos	entender,	sin	recurrir	a	una	formulación	rigurosa	y	ayudados
por	un	abundante	y	cuidadosamente	seleccionado	conjunto	de	ilustraciones,
cómo	es	el	mundo	de	lo	más	pequeño,	cuáles	las	leyes	que	lo	gobiernan	y	los
objetos	que	lo	pueblan.	Por	otra	parte,	esta	obra	nos	muestra,	a	través	de
ejemplos	extraídos	de	los	laboratorios	más	punteros	de	investigación,	cómo
nuevas	propuestas	que	emergen	desde	diversos	campos	del	conocimiento
(química,	física,	materiales,	biomedicina...)	se	van	materializando	en	nuevos
dispositivos;	es	decir,	cómo	se	va	pasando	de	los	experimentos	de	laboratorio
a	desarrollos	tecnológicos	que	dejan	traslucir	un	mundo	nuevo,	uno	en	el	que
las	posibilidades	se	anuncian	infinitas	y	revolucionarias.
José	Ángel	Martín-Gago	&	Carlos	Briones	&	Elena	Casero	&	Pedro	Serena
El	nanomundo	en	tus	manos
ePub	r1.2
Un_Tal_Lucas	17.03.2017
José	Ángel	Martín-Gago	&	Carlos	Briones	&	Elena	Casero	&	Pedro	Serena,
2014
Editor	digital:	Un_Tal_Lucas
Reporte	de	erratas:	Tanisds
ePub	base	r1.2
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PRÓLOGO
Mi	primera	memoria	sobre	nanotecnología	—la	tecnología	de	lo	más	pequeño
—	se	remonta	a	una	película	de	los	años	sesenta:	Un	viaje	alucinante	,	un
clásico	de	la	ciencia	ficción	digno	de	Julio	Verne.	En	la	época	en	que
transcurre	la	acción,	las	técnicas	de	miniaturizacion	han	progresado	tanto
como	para	reducir	el	tamaño	de	los	átomos	decenas	de	millones	de	veces.
Este	avance	permite	a	un	grupo	de	médicos	dentro	de	un	submarino
microscópico	navegar	por	las	venas	de	un	paciente	y	llegar	hasta	su	cerebro
para	eliminar	un	coágulo	de	sangre.
Aunque	en	el	mundo	real	miniaturizar	átomos	es	imposible,	gracias	a	la
nanotecnología	se	pueden	ya	enviar,	si	no	liliputienses	submarinos,	sí
«sondas»	al	cerebro	o	a	cualquier	otro	órgano	humano.	Dichas	sondas	son
nanopartículas	que	llegan	a	los	lugares	más	recónditos	del	cuerpo	para	atacar
un	tumor	o	diagnosticar	una	enfermedad.	Por	ejemplo,	nanopartículas
fluorescentes	o	magnéticas	previamente	funcionalizadas	con	moléculas
biológicas	capaces	de	reconocer	tejidos	malignos,	una	vez	inyectadas	en
animales	(y	en	el	futuro,	en	personas)	por	vía	intravenosa,	recorren	su
organismo	hasta	fijarse	en	regiones	receptoras	de	dichas	moléculas.	Un
detector	externo	localiza	las	partículas	y,	de	este	modo,	el	tumor	maligno.	Si,
además,	las	nanopartículas	son	radiactivas	pueden	actuar	como	focos	de
radiación	muy	próximos	al	tumor	en	cuestión,	evitando	así	el	daño	a	los
tejidos	sanos.
Además	de	a	la	medicina,	la	nanotecnología	afecta	a	muchos	otros	aspectos
de	nuestras	vidas,	desde	la	manera	de	comunicarnos	a	cómo	producimos	o
almacenamos	energía,	desde	lo	que	fabricamos	a	lo	que	consumimos,	desde	la
forma	de	averiguar	lo	que	nos	hace	humanos	a	cómo	tratamos	el	mundo	a
nuestro	alrededor.
Pero	¿qué	es	la	nanotecnología?	La	aplicación	práctica	de	la	nanociencia,	o
ciencia	de	los	materiales	a	escala	nanométrica,	es	decir,	la	ciencia	de	lo
minúsculo.	(Un	nanómetro,	cuya	etimología	es	la	misma	que	la	de	la	palabra
enano	,	es	la	mil	millonésima	parte	de	un	metro).	Para	hacernos	una	idea	de
esta	escala	submicroscópica,	podemos	tener	en	cuenta	que	el	ancho	de	un
cabello	humano	es	entre	cincuenta	y	cien	mil	nanómetros,	el	tamaño	de	un
virus	es	de	diez,	y	el	diámetro	de	un	átomo	es	aproximadamente	medio
nanómetro.	El	nombre	de	nanomateriales	suele	reservarse	a	aquellos
materiales	en	los	que	al	menos	una	de	sus	dimensiones	es	inferior	a	los	cien
nanómetros,	una	frontera	sin	duda	arbitraria	pero	a	la	vez	flexible.
Ya	en	1959	un	físico	visionario	llamado	Richard	Feynman	proponía,	en	un
ensayo	titulado	Aún	queda	mucho	espacio	en	el	fondo	,	ingeniosos	métodos
para	reducir	miles	de	veces	el	tamaño	de	una	máquina	o	para	miniaturizar	las
letras	de	un	libro,	de	modo	que	los	24	tomos	de	la	Enciclopedia	Británica
cupieran	en	la	cabeza	de	un	alfiler.	Anticipándose	en	varios	años	a	las	ideas
de	Un	viaje	alucinante	,	Feynman	hablaba	de	un	futuro	«cirujano	mecánico»
capaz	de	navegar	por	una	vena	hasta	el	corazón	para	reparar	una	válvula
defectuosa.
Para	incentivar	el	desarrollo	de	sus	ideas,	Feynman	ofreció	un	premio	de	mil
dólares	a	la	primera	persona	que	escribiera	la	información	que	cabe	en	una
cuartilla	en	una	superficie	veinticinco	mil	veces	menor,	y	otro	equivalente	a
quien	primero	construyera	un	motor	del	tamaño	de	un	cubo	de	menos	de	diez
micras	de	lado.	(La	micra,	o	micrómetro,	es	la	milésima	parte	de	un
milímetro.	Un	nanómetro	es,	pues,	la	milésima	parte	de	la	micra).	El	segundo
de	estos	premios	lo	ganó,	al	año	siguiente,	un	meticuloso	mecánico	que
construyó	ese	motor	usando	herramientas	convencionales.	El	primero	no	se
otorgó	hasta	1985,	cuando	un	estudiante	de	doctorado	de	la	universidad	de
Stanford	escribió	el	primer	párrafo	del	libro	Historia	de	dos	ciudades	a	una
escala	25	000	veces	menor	que	el	original.	Pero,	para	entonces,	la	industria
de	microelectrónica	estaba	ya	en	la	vanguardia	de	la	miniaturización.
El	primer	impulsor	de	la	nanotecnología	ha	sido	sin	duda	la	carrera	por
reducir	las	dimensiones	de	los	transistores	que	forman	parte	de	los	circuitos
integrados,	componentes	claves	de	cualquier	aparato	electrónico	actual.	En
1970,	el	tamaño	de	dichos	transistores	era	de	10	micras;	cinco	años	después
era	ya	diez	veces	inferior.	En	el	2002	bajaba	de	la	décima	de	micra,	o	sea
estaba	por	debajo	de	los	cien	nanómetros,	y	en	la	actualidad	está	en	sólo
veinte.	En	este	sentido,	puede	decirse	que	la	electrónica,	con	sus
innumerables	manifestaciones	en	la	vida	actual,	es	el	ejemplo	más	claro	del
éxito	de	la	nanotecnología,	término	acuñado	en	1974	por	el	profesor	Norio
Taniguchi,	de	la	Tokyo	Science	University,	para	describir	la	fabricación	de
materiales	con	precision	nanométrica	y	que	Eric	Drexler	incluyó	en	el	título
de	su	libro	de	1986	Engines	of	Creation:	The	Coming	Era	of	Nanotechnology.
(La	nanotecnología.	El	surgimiento	de	las	máquinas	de	creación	,	Gedisa,
Barcelona,	1993).
En	paralelo,	el	extraordinario	avance	de	la	nanociencia	ha	sido	posible	por	el
perfeccionamiento	de	microscopios	capaces	de	«ver»	objetos	a	escala
nanométrica,	y	la	invención	de	otras	nuevas	formas	de	«verlos».	Hay	una	ley
de	la	física	que	viene	a	decir	que	no	es	posible	ver	con	claridad	un	objeto	más
pequeño	que	la	longitud	de	onda	de	la	luz	que	se	usa	para	observarlo.	De	ahí
que	el	límite	de	los	microscopios	ópticos	convencionales	esté	en	una	micra
aproximadamente.	Para	ver	objetos	más	pequeños	es	preciso	usar	luz
ultravioleta	(de	menor	longitud	de	onda	que	la	visible).	Por	debajo	de	un
cuarto	de	micra	se	utiliza	el	microscopio	electrónico,	que	emplea	electrones
en	vez	de	luz	(fotones)	para	iluminar	un	objeto	y	crear	una	imagen	ampliada.
El	primer	microscopio	electrónico	de	transmisión	comercial	(1939)	tenía	una
resoluciónde	unos	50	nm,	mientras,	que	hoy	en	día,	los	más	avanzados
producen	imágenes	con	una	resolución	mejor	que	una	décima	de	nanómetro.
La	invención	del	microscopio	electrónico	de	efecto	túnel	(1981),	y	sus
numerosas	variaciones	posteriores,	ha	representado	otro	gran	avance	para
visualizar	átomos	individualmente,	así	como	sus	posiciones	relativas	en	un
material.	La	versatilidad	de	esta	clase	de	instrumentos,	capaces	de	funcionar
tanto	en	vacío	como	con	líquidos	o	en	atmósferas	gaseosas	y	en	un	rango	muy
amplio	de	temperaturas,	los	ha	hecho	herramientas	indispensables	para	la
investigación	de	nanomateriales.
El	tercer	gran	motor	de	la	nanociencia	y	la	nanotecnología	ha	sido,	y	sigue
siendo,	el	descubrimiento	de	materiales	con	propiedades	aveces
insospechadas,	y	el	diseño	y	la	creación	en	el	laboratorio	de	combinaciones	de
materiales	conocidos	que	muestran	características	prácticas	mucho	más
favorables	que	cada	uno	por	separado.	Entre	los	nuevos	materiales,
sobresalen	las	diferentes	formas	geométricas	que	presenta	una	capa	de
carbón	con	tan	sólo	un	átomo	de	espesor	cuando	se	organiza	en	hexágonos
ordenados.	Unas	veces	las	estructuras	son	superficies	cerradas	o	semi-
cerradas	(fullerenos	),	bien	en	forma	de	balón	de	fútbol	a	escala	nanométrica
(buckyballs	)	o	de	nanotubos;	otras,	la	estructura	es	un	sencillo	plano
asemejando	un	panal	en	dos	dimensiones.
Este	último	material,	llamado	grafeno	,	fue	preparado	por	primera	vez	en
2004,	simplemente	exfoliando	grafito	de	alta	calidad	con	cinta	adhesiva.	La
facilidad	de	su	preparación	y	las	extraordinarias	propiedades	eléctricas,
mecánicas	y	ópticas	que	mostró	el	grafeno	desde	un	principio	han	dado	lugar
a	una	moderna	«fiebre	del	oro»	(en	este	caso	«fiebre	del	grafeno»),	en	busca
de	fenómenos	físicos	nuevos	o	predichos	hace	años	pero	nunca	observados	en
el	laboratorio	y	de	multitud	de	aplicaciones	comerciales,	incluidos	circuitos
electrónicos,	sensores	de	gases	y	filtros	desalinizadores,	pantallas	de
teléfonos,	células	solares,	y	hasta	preservativos	de	mayor	elasticidad	y
seguridad	que	los	actuales.	Con	razón	se	ha	llegado	a	llamar	al	grafeno	un
material	milagroso.
¿Por	qué	un	material	con	dimensiones	nanométricas	se	comporta	de	modo
diferente	a	como	lo	hace	cuando	su	tamaño	es	macroscópico?
Fundamentalmente	por	tres	razones:	En	primer	lugar,	por	algo	que	es	obvio
pero	que	tiene	profundas	consecuencias,	sobre	todo	en	medicina:	cuanto
menor	es	el	tamaño	de	una	partícula	más	fácil	le	es	acceder	a	los	lugares	más
pequeños.	Otra	razón	es	que,	en	general,	a	medida	que	se	reduce	el	tamaño
de	un	objeto	la	importancia	de	su	superficie	en	relación	con	su	volumen
aumenta	porque,	en	proporción,	el	área	de	la	superficie	disminuye	menos	que
el	volumen.	Por	tanto,	procesos	químicos	(como	catálisis)	en	que	la	velocidad
de	reacción	depende	de	fenómenos	que	ocurren	en	la	superficie	de	materiales
catalizadores,	se	favorecen	considerablemente	cuando	un	volumen	fijo	de
material	se	fragmenta	en	nanopartículas.
La	razón	más	importante,	aunque	menos	intuitiva,	es	que	las	propiedades
electrónicas	de	un	nanomaterial	no	se	rigen	por	la	mecánica	«clásica»	que
gobierna	el	comportamiento	macroscópico	sino	por	la	llamada	mecánica
cuántica,	por	la	cual	el	tamaño	de	un	objeto	puede	afectar	drásticamente	a
sus	propiedades	más	básicas.	Por	ejemplo,	los	nanocristales	de	un	material
fluorescente	emiten	luz	azul,	verde,	amarilla,	o	roja,	dependiendo	del	tamaño
(de	menor	a	mayor)	de	los	cristales.	Y	las	partículas	de	un	metal	tan	inerte	y
estable	como	el	oro	se	vuelven	muy	reactivas	cuando	su	tamaño	se	reduce	a
unos	pocos	nanómetros;	su	actividad	química	vuelve	a	disminuir	por	debajo
de	los	tres	nanómetros.
Aunque	entonces	no	se	supiera	su	origen,	ya	desde	la	antigüedad	era
conocido	—y	explotado—	el	peculiar	comportamiento	de	algunos
nanomateriales.	Los	romanos	usaban	nanopartículas	metálicas	para	colorear
vasijas	de	vidrio,	y	durante	la	Edad	Media	los	artesanos	las	utilizaron	en	las
vidrieras	polícromas	de	las	catedrales,	que	todavía	causan	admiración.	Pero
ha	sido	en	los	últimos	cuarenta	años,	con	la	confluencia	de	una	explosión	de
conocimiento	científico,	el	descubrimiento	de	nuevos	materiales	y	el
desarrollo	de	nuevas	técnicas	de	fabricación	y	caracterización,	cuando	se	ha
disparado	la	nanotecnología,	convirtiéndose	en	una	fuente	de	actividad
económica	cada	vez	mayor.
En	2012,	cuando	gobiernos	y	compañías	estaban	aún	sujetos	a	estrictas
medidas	de	austeridad	como	consecuencia	de	la	Gran	Recesión	del	2008-
2010,	las	inversiones	públicas	y	privadas	en	nanociencia	y	nanotecnología
aumentaron	globalmente	un	8%	con	respecto	a	las	de	2010,	superando	los
dieciocho	mil	millones	de	dólares.	Por	países,	la	contribución	mayor	fue	la	de
Estados	Unidos,	con	seis	mil	millones	(36%	del	total),	de	los	cuales	las	dos
terceras	partes	procedieron	de	la	industria	privada	y	el	resto	de	los	gobiernos
federal	y	estatales.
En	la	Unión	Europea,	cuando	se	suman	las	inversiones	de	la	Comisión
Europea	en	nanociencia	con	las	de	los	países	individuales,	la	inversión
gubernamental	total	en	2012	superó	los	dos	mil	millones.	Esta	cifra	es	casi	un
30%	menor	que	en	2010,	debido	sobre	todo	a	la	fuerte	reducción	de	la
inversión	de	los	gobiernos	de	la	mayoría	de	los	países.
Las	inversiones	de	las	empresas	en	investigación	y	desarrollo	en
nanotecnología	aumentaron	sustancialmente	en	el	período	2010-2012,	con
Estados	Unidos	a	la	cabeza,	con	un	aumento	del	32%,	mientras	que	en	Europa
fue	tan	sólo	del	3%.	En	el	mismo	período,	el	retorno	de	las	inversiones	de
años	anteriores	aumentó	muy	considerablemente,	con	unos	ingresos	por
ventas	de	productos	relacionados	con	la	nanotecnología	que	crecieron	de	340
000	millones	de	dólares	en	2010	a	730	000	millones	en	2012.	Se	espera	que
en	2014	dichos	ingresos	alcancen	casi	1	400	millones,	y	que	en	2018	pasen	de
3000	millones.
No	sólo	los	grandes	sectores	industriales	—materiales	y	fabricación,
electrónica	y	tecnologías	de	la	información,	salud	y	ciencias	de	la	vida,	y
energía	y	medio	ambiente—	se	han	beneficiado	de	una	sigilosa	revolución
tecnológica	que	no	ha	hecho	más	que	empezar.	En	el	sector	de	la
construcción,	por	ejemplo,	se	usan	nanopartículas	de	sílice	para	mejorar	las
propiedades	del	cemento.	Hay	pinturas	para	recubrimientos	que	contienen
nanopartículas	para	aumentar	la	resistencia	al	rayado,	la	humedad,	el	moho	o
las	bacterias,	y	se	comercializan	tejidos	nanoestructurados	que	repelen
manchas	y	bacterias.	Tampoco	el	material	deportivo	es	ajeno	a	la
nanotecnología:	algunas	espinilleras	de	futbolistas	son	de	plástico
nanoestructurado	para	hacerlas	más	fuertes	y	ligeras;	mucho	más	extendido
es	el	uso	de	raquetas	de	tenis	de	plástico	reforzado	con	nanotubos	de	carbón,
sobre	todo	desde	que	Roger	Federer	empezó	a	usarlas	con	gran	éxito.
El	mundo	de	la	cosmética	parece	especialmente	atraído	por	las	posibilidades
de	los	nanoproductos:	la	compañía	con	más	patentes	en	nanotecnología	no	es,
como	pudiera	pensarse,	IBM,	General	Electric,	o	Johnson	&	Johnson,	sino
L’Oreal.	Numerosos	productos	de	belleza	y	cremas	de	protección	contra	el	sol
contienen	nanopartículas	que	realzan	sus	propiedades	o	disminuyen	sus
inconvenientes,	como	es	el	caso	de	las	nanopartículas	de	óxido	de	titanio	o	de
zinc,	que	bloquean	los	rayos	ultravioletas	sin	dejar	sobre	la	piel	esa	capa
blanca	tan	característica	de	las	cremas	con	mayor	índice	de	protección	solar.
Para	el	futuro	se	habla	de	ordenadores	que	usarán	como	transistores
nanotubos	de	carbón;	nanomateriales	para	electrodos	de	baterías	capaces	de
almacenar	diez	veces	más	electricidad	que	las	actuales;	nanofotocatalizadores
que	ayudarán	a	producir	energía	y	purificar	el	agua;	«nanofábricas»	que
recogerán	automáticamente	materias	primas	en	los	alrededores	de	un	órgano
para	sintetizar	medicinas	luego	liberadas	en	ciertos	momentos	y	en
determinadas	dosis;	y	nanoherramientas	que	medirán	la	actividad	de	millones
de	neuronas	para	crear	un	mapa	detallado	del	cerebro,	entre	un	sinfín	de
posibilidades.
El	fascinante	mundo	de	la	nanotecnología,	o	nanomundo	,	quese	avecina
podría	parecer	una	quimera	de	ciencia	ficción,	sin	embargo	está	bien	anclado
en	la	realidad	de	la	ciencia	moderna,	como	explica	en	detalle	este	libro.
Escrito	de	forma	sencilla	para	llegar	al	no	especialista	en	ciencia	o	tecnología,
el	libro	comienza	sentando	las	bases	científicas	del	nanomundo	y
describiendo	las	herramientas	esenciales	para	fabricar,	caracterizar,	y
manipular	los	nanomateriales,	algunos	de	los	cuales	se	presentan	a
continuación,	agrupados	por	familias	o	funcionalidad.	La	segunda	parte	se
centra	en	tres	grandes	grupos	de	aplicaciones	—tecnologías	de	la
información,	química	y	biomedicina—	que	ilustran	la	realidad	y	el	potencial	de
la	nanotecnología.	El	libro	termina	con	una	reflexión	sobre	la	evolución	de	la
tecnología	y	el	conocimiento,	y	la	respuesta	de	la	sociedad	a	las
incertidumbres	y	temores	naturales	en	toda	situación	de	cambio,	más	aún
cuando	se	trata	de	materiales	con	propiedades	a	veces	insospechadas.	Pero
son	precisamente	esas	propiedades	las	que	abren	un	mundo	nuevo,	el
nanomundo	que	el	lector	tiene	en	sus	manos.
Emilio	Méndez	es	director	del	Centro	de	Nanomateriales	Funcionales	del
Laboratorio	Nacional	de	Brookhaven	en	Nueva	York	y	catedrático	de	Física	en
la	Universidad	de	Stony	Brook.	En	1998	fue	galardonado,	junto	con	el	físico
Pedro	Miguel	Etxenike	Landiríbar,	con	el	Premio	Príncipe	de	Asturias	de
Investigación	Científica	y	Técnica.	En	2000	recibió	el	Premio	International
Fujitsu	de	Dispositivos	Cuánticos.	Es	miembro	de	Honor	de	la	Sociedad
Americana	de	Física,	miembro	del	Comité	Científico	Internacional	del	centro
Nanogune,	del	Patronato	de	la	Fundación	IMDEA	Nanociencia,	de	la
Fundación	Bankinter	para	la	Innovación,	y	de	la	Fundación	del	Consejo
España-Estados	Unidos.
—	1	—
INTRODUCCIÓN	AL	NANOMUNDO
Desarrollo	de	la	investigación	y	tecnología	al	nivel	atómico	molecular	o
macromolecular,	en	la	escala	de	1-100	nanómetros,	para	obtener	una
comprensión	de	los	fenómenos	fundamentales	y	materiales	en	la	nanoescala,
y	crear	y	utilizar	estructuras,	dispositivos	y	sistemas	con	nuevas	propiedades
y	funciones	originadas	por	su	pequeño	y/o	intermedio	tamaño.
Definición	de	la	Fundación	Nacional	de	la	Ciencia	de	EE.UU.
(http://www.nsf.gov/crssprgm/nano/reports/omb_nifty50.jsp).
La	nanotecnología	estudia	la	manipulación	de	la	materia	a	escala	atómica	y
molecular.
Definición	de	Wikipedia
La	figura	con	la	que	comenzamos	este	libro	(Figura	1.1)	muestra	un	ejemplo
del	trabajo	realizado	por	algunos	de	los	científicos	del	centro	IMDEA
Nanociencia	situado	en	Madrid.	Esta	«sonrisa	de	CO»	se	obtuvo	manipulando
diez	moléculas	individuales	de	monóxido	de	carbono	para	colocarlas	en	las
posiciones	deseadas	sobre	una	superficie	de	cobre,	y	el	«nanoemoticono»
pudo	ser	visualizado	empleando	un	potente	microscopio	de	efecto	túnel.	Hoy
en	día,	este	tipo	de	experimentos	no	nos	sorprenden.	En	primer	lugar,	porque
probablemente	no	se	alcanza	a	comprender	su	significado	último	o	su
relevancia.	Así,	en	los	foros	abiertos	de	la	edición	digital	donde	se	publican
este	tipo	de	noticias,	un	lector	escribía	el	siguiente	comentario:	«en	esto	se
divierten	y	malgastan	el	dinero	de	investigación	nuestros	científicos».	En
parte	es	comprensible	el	malestar	del	lector,	ya	que	los	investigadores,	en
muchas	ocasiones,	no	somos	capaces	de	difundir	la	motivación	que	lleva	a
realizar	este	tipo	de	experimentos.	En	un	afán	por	atraer	la	atención	de	un
público	con	poca	formación	científica,	presentamos	los	resultados	de	la
manera	más	espectacular	posible,	tanto	que	finalmente	pueden	llegar	a
perder	su	sentido.	Algunas	veces,	la	ciencia	transmite	la	sensación	de	que	se
estudian	cuestiones	intrascendentes	o	de	que	los	investigadores	realizan	su
trabajo	fundamentalmente	«para	divertirse».	Una	divulgación	adecuada	es
realmente	difícil	de	conseguir	ya	que	los	lectores	poseen	una	formación	muy
heterogénea,	con	una	cultura	científica	por	lo	general	escasa	y	además	los
temas	que	se	pretenden	divulgar	son	muy	especializados.
FIGURA	1.1.	Sonrisa	de	CO.	Cada	bola	negra	es	una	molécula	de	monóxido	de
carbono	(CO)	depositada	sobre	una	superficie.	Gentileza	de	IMDEA-
Nanociencia.
Por	otra	parte,	figuras	como	ésta	pueden	no	sorprender	al	público	porque	nos
hemos	acostumbrado	a	leer	o	escuchar	infinidad	de	noticias	científicas
espectaculares.	Tenemos	la	impresión	de	que	con	la	ciencia	y	la	tecnología
todo	es	posible,	y	si	no	lo	es	en	el	presente	lo	será	en	un	futuro	muy	cercano.
La	rápida	evolución	de	la	electrónica,	que	ha	invadido	nuestros	hogares	con
dispositivos	cada	vez	más	potentes	y	versátiles,	o	los	continuos	progresos	en
medicina	no	invasiva,	han	ayudado	a	afianzar	esta	idea.	Y	no	cabe	duda	de
que	tal	percepción	sobre	los	avances	científico-tecnológicos	es
particularmente	acertada	cuando	hablamos	de	nanotecnología.
Cuando	se	oye	la	palabra	«nanotecnología»	la	mayor	parte	del	público,	aun
sin	tener	claro	su	significado,	piensa	en	robots	o	dispositivos	de	muy	pequeño
tamaño	que	llegarán	a	nuestras	vidas	para	convivir	con	nosotros.	Se	espera
que	la	gran	capacidad	de	la	ciencia	para	manipular	lo	más	pequeño
revolucione	aún	más	nuestra	forma	de	vida,	y	que	sus	creaciones	se	instalen
de	manera	definitiva	en	todos	los	ámbitos,	desde	la	medicina	hasta	el	ocio,
pasando	por	campos	tan	dispares	como	los	nuevos	materiales	o	la
construcción	de	edificios.	Esta	percepción	de	la	nanotecnología	es	una	espada
de	doble	filo.	Por	una	parte	alimenta	nuestra	imaginación	y	esperanza	en	un
futuro	mejor,	pero	por	otra	nos	genera	incertidumbre	y	miedo.	Miedo	a	los
efectos	para	la	salud,	a	la	deshumanización	e	incluso	a	que	los	«nanorrobots»
se	acaben	apoderando	del	mundo	en	un	escenario	catastrófico	similar	al	que
hemos	visto	en	tantas	películas	de	Hollywood.	De	hecho,	en	una	parte	del
imaginario	colectivo,	los	peores	enemigos	de	la	especie	humana	son	unos
personajes	peculiares:	los	científicos	locos	y	ansiosos	de	poder.	Ellos
desencadenan	devastadoras	epidemias,	fabrican	terroríficas	armas	letales,
están	detrás	del	cambio	climático,	contaminan	el	planeta,	provocan	guerras
nucleares,	o	fabrican	en	sus	laboratorios	clones	que	se	apoderan	de	los
humanos.	Ahora,	además,	son	capaces	de	construir	nanomateriales	y
nanodispositivos	que	pueden	incluso	controlarnos	desde	nuestro	interior.	Así,
comienzan	a	aparecer	libros	y	películas	en	los	que	«los	malos»	han	sido
construidos	en	laboratorios	secretos	y	tienen	un	nombre	propio:	nanorrobots
autorreplicantes.	¿Qué	superhéroe	parará	la	ambición	de	estos	nuevos
villanos?	Un	ejemplo	real	del	miedo	generado	lo	encontramos	nada	menos
que	en	el	príncipe	Carlos	de	Inglaterra,	quien,	temeroso	de	que	los
nanorrobots	aniquilen	la	vida	en	nuestro	planeta,	pidió	a	la	Real	Sociedad	de
Londres	que	investigase	el	riesgo	de	la	nanotecnología	y	pusiese	en	marcha
una	moratoria	a	su	implantación.	Esta	petición	fue	aplaudida	por	muchos
grupos	radicalmente	opuestos	al	desarrollo	científico.
Los	riesgos	de	la	implantación	de	cualquier	nueva	tecnología	son	inciertos	y
sin	duda	deben	ser	evaluados.	Por	ello,	en	la	actualidad	los	científicos	están
debatiendo	la	eventual	peligrosidad	de	la	nanotecnología,	mientras	la
población	mira	con	ojos	críticos	estos	nuevos	avances.	Se	plantea	un	dilema
entre	aceptar	el	progreso	que	supone	un	nuevo	desarrollo	científico
revolucionario	o	escudarnos	en	el	miedo	a	generar	un	efecto	no	deseado	a
escala	global.	Como	resultado,	la	sociedad	no	sabe	si	acoger	con	ilusión	las
nuevas	ideas	o	rechazarlas	e	impedir	su	desarrollo.
A	todos	nos	cuesta	discernir	si	muchas	de	las	propuestas	científicas	se
convertirán	en	realidad	o	quedarán	como	mera	ciencia	ficción.	Así,	la	imagen
mostrada	en	la	Figura	1.1	¿es	el	reflejo	de	una	revolución	tecnológica	que
puede	tener	aplicaciones	en	nuestra	vida	o	no	es	más	que	un	entretenimiento
de	frikis	que	resultará	irrelevante	en	el	mundo	real?	Por	lo	general,	faltan
criterios	y	se	carece	de	la	cultura	necesaria	para	comprender	los
fundamentos	esenciales	que	están	detrás	de	los	avances	científico-técnicos.
Resulta	paradójico	que	hoy	en	día,	viviendoen	una	sociedad	altamente
tecnificada	en	la	que	no	podemos	imaginar	la	vida	sin	los	ordenadores,	los
teléfonos	móviles	o	los	medicamentos,	una	parte	de	la	sociedad	haya	vuelto	la
espalda	al	conocimiento	científico.	La	ciencia	y	la	tecnología	no	son
consideradas	parte	de	un	saber	imprescindible,	pilares	de	la	cultura	como	lo
son	las	humanidades	y	las	artes.	Así,	esta	ignorancia	se	convierte	en	un
terreno	abonado	para	quienes	se	lucran	con	el	auge	de	las	pseudociencias	de
toda	índole,	desde	las	cartas	astrales	hasta	las	«energías	ocultas»,	pasando
por	todo	tipo	de	creencias	irracionales.
La	sociedad	vive	un	momento	de	confusión	ante	la	nanotecnología	y	no	sabe	si
ya	existen	nanorrobots	submarinos	que	patrullan	por	la	sangre	buscando
infecciones	o	si	están	a	punto	de	fabricarse	en	algún	laboratorio	clandestino.
La	rapidez	con	la	que	las	nuevas	tecnologías	se	han	instalado	en	la	sociedad,
la	ingente	cantidad	de	noticias	(muchas	veces	contradictorias)	que	se	suceden
sobre	estos	temas	y	la	falta	de	comprensión	de	las	mismas	han	contribuido	a
que	no	sepamos	diferenciar	entre	lo	posible	y	lo	imposible,	entre	la	ciencia
ficción	del	presente	y	lo	que	será	tecnología	del	futuro.	Sin	embargo,
queramos	o	no,	formamos	parte	de	una	realidad	condicionada	por	los	avances
científico-técnicos	y	el	siglo	XXI	va	a	ser	el	de	la	nanotecnología.	Por	tanto,
debemos	hacer	un	esfuerzo	para	prepararnos	y	conocer	las	tendencias
actuales	en	tecnología.	Ése	es	uno	de	los	objetivos	de	esta	obra:
proporcionarnos	algunos	de	los	conocimientos	necesarios,	y	por	tanto
dotarnos	de	criterios,	para	poder	forjarnos	una	opinión	seria	y	personal	sobre
el	tema.	Porque	todo	tiene	una	doble	vertiente:	su	ying	y	su	yang,	sus	costes	y
sus	beneficios.	También	la	nanotecnología.	Para	entender	esta	contradicción
podemos	pensar	en	un	ejemplo	cercano,	tomado	de	otro	ámbito:	el	problema
de	la	generación	de	la	energía.	La	sociedad	necesita	obtener	energía,	pero	la
podemos	obtener	barata	y	sucia,	accesible	rápidamente	para	todos,	o	por	el
contrario	más	cara	y	limpia,	lo	que	supone	invertir	para	disminuir	el	impacto
ambiental.	De	igual	manera,	la	nanotecnología	es	un	tema	complejo	que	nos
afecta	a	todos,	es	una	realidad	sobre	la	que	la	sociedad	tiene	que	opinar	y
legislar.	Es,	por	tanto,	necesario	formarse	una	opinión	sobre	este	nuevo	reto
tecnológico:	entender	lo	que	es,	sus	riesgos,	sus	dificultades,	su	coste.
En	cualquier	caso,	la	nanotecnología	se	nos	muestra	hoy	como	una
potentísima	herramienta	capaz	de	volver	a	transformar	la	sociedad	como	ya	lo
hiciese	la	microelectrónica	a	mediados	del	siglo	XX.	La	potencialidad	de	sus
nuevos	desarrollos	en	todas	las	áreas	del	conocimiento	parece
verdaderamente	ilimitada.	Uno	de	los	objetivos	de	este	libro	es	mostrarnos
qué	se	entiende	en	realidad	por	nanociencia	y	nanotecnología,	darnos	una
idea	certera	y	actualizada	sobre	la	«hoja	de	ruta»	para	su	implantación	y
discutir	tanto	sus	promesas	como	sus	peligros.
El	libro	está	compuesto	por	un	capítulo	general	(el	Capítulo	2),	en	el	que	se
revisan	los	conceptos	principales	de	la	nanociencia	y	la	nanotecnología,
seguido	de	varios	capítulos	específicos	(del	3	al	7)	dedicados	a	las	diversas
áreas	de	aplicación	en	distintos	ámbitos	científico-técnicos.	La	obra	acaba	con
un	capítulo	en	el	que	se	revisan	las	consecuencias	sociales	y	las	perspectivas
de	la	nanotecnología,	mostrando	además	los	principales	«nanoproductos»	que
ya	están	en	el	mercado.	El	objetivo	que	los	autores	nos	propusimos	al	escribir
esta	obra	fue	que	cada	uno	de	los	capítulos	especializados	se	pudiese	leer	de
manera	independiente,	sin	requerir	muchas	ideas	o	conceptos	de	partes
anteriores.	Así	un	lector	que	tuviera	curiosidad,	por	ejemplo,	en
nanoelectrónica	y	nanomateriales,	podría	leer	sólo	esos	capítulos.	Por	ello	es
posible	que	el	lector	encuentre	algunos	ejemplos	reiterados,	que	se	tratan	en
distintos	capítulos,	aportando	en	cada	caso	una	visión	complementaria.
Esperamos	que	la	obra	resulte	interesante	a	todos	los	que	ahora	la	tienen	en
sus	manos,	y	que	al	terminar	este	«viaje	por	el	nanomundo»	sientan	que
comprenden	mejor	las	claves	de	la	nanociencia	y	la	nanotecnología.
—	2	—
NANOCIENCIA	Y	NANOTECNOLOGÍA
Nada	existe	sino	átomos	y	espacio	vacío.	Cualquier	otra	cosa	es	una	opinión.
Los	mundos	son	ilimitados.	Aparecen	y	desaparecen.	Más	que	eso,	los	átomos
son	ilimitados	en	tamaño	y	número,	y	son	transportados	por	el	universo	en	un
torbellino,	y	así	generan	todos	los	compuestos:	fuego,	agua,	aire	y	tierra.
Incluso	estos	elementos	son	conglomerados	de	átomos.	Y	es	debido	a	su
solidez	que	son	impasibles	e	inalterables.	El	sol	y	la	luna	han	sido	compuestos
de	estas	suaves	esferas	masivas	—los	átomos—,	y	también	el	alma.
DEMÓCRITO	DE	ABDERA,	460	a.	C.-ca.	370	a.	C.	Cita	recogida	por	Diógenes
Laercio	IX,	44.	Trad.	R.	D.	Hicks	Vol.	2,	pp.	453-455	(1925).
2.1.	Hacia	lo	más	pequeño:	el	mundo	invisible
Un	colega	de	los	autores	de	este	libro	nos	contó	que	en	el	año	1988,	en	un
laboratorio	francés,	durante	la	realización	de	su	tesis	doctoral	intentaba
poner	en	marcha	el	que	sería	el	primer	microscopio	de	efecto	túnel	del	país.
Este	tipo	de	microscopio	debía	permitirle	ver	los	átomos	que	forman	la
superficie	de	los	materiales,	pero	en	esos	momentos	la	tecnología	necesaria
no	estaba	suficientemente	desarrollada	y	aquello	no	era,	por	tanto,	una	tarea
fácil.	Hacía	tan	solo	cuatro	años	que	dos	investigadores	de	la	multinacional
IBM,	G.	Binnig	y	H.	Rohrer,	habían	ganado	el	Premio	Nobel	de	Física	por
inventar	este	tipo	de	microscopios	y	mostrar	al	mundo	algo	con	lo	que	quizá
soñó	Demócrito:	las	primeras	imágenes	de	los	átomos.	Nuestro	amigo	había
tratado	durante	meses	de	obtener	imágenes	con	sentido	en	una	pantalla	de
ordenador,	aunque	solo	consiguió	registrar	una	colección	de	líneas	inconexas.
El	trabajo	resultó	ser	tedioso.	Día	tras	día	intentaba	comprender	qué
significaban	esas	líneas	y	el	motivo	por	el	que	no	se	superponían	para	formar
una	imagen	coherente,	como	las	que	ya	habían	conseguido	algunos	otros
laboratorios	en	el	mundo.	Pasaron	casi	seis	meses	sin	ningún	resultado,	en	los
que	nuestro	colega	y	su	equipo	modificaron	el	diseño	mecánico,	comprobaron
cada	parte	de	la	electrónica,	estimaron	la	influencia	de	las	vibraciones	del
suelo…	Sin	saberlo,	estos	científicos	estaban	contribuyendo	al	nacimiento	de
lo	que	hoy	en	día	se	conoce	como	nanotecnología.
Durante	estas	deprimentes	sesiones,	un	investigador	de	avanzada	edad,	Jean
Baptiste,	perteneciente	a	un	laboratorio	cercano	que	conocía	el	obstinado
empeño	de	nuestro	amigo,	se	pasaba	con	frecuencia	a	visitarlo.	Se	sentaba	al
lado	del	ordenador	que	tomaba	los	datos	y	preguntaba:	«¿Cómo	va?	¿Cuándo
voy	a	poder	ver	los	átomos?».	Su	pregunta,	lejos	de	ser	irónica	o	maliciosa,
era	entusiasta	y	estaba	llena	de	esperanza.	Esas	visitas	animaban	las
aburridas	jornadas	de	experimentos	y	daban	ánimos	a	todo	el	equipo	para
continuar.	Este	científico	llevaba	toda	su	vida	profesional	estudiando,
mediante	técnicas	de	difracción	y	complicados	cálculos	matemáticos,	dónde
se	colocaban	los	átomos	en	las	superficies	de	los	materiales.	Ahora,	un	grupo
de	investigación,	al	lado	de	su	laboratorio,	había	construido	un	pequeño
aparato	que	iba	a	mostrarle	cómo	eran	esos	átomos	a	los	que	tantas	horas	de
elucubraciones	había	dedicado.	Podría	verle	la	cara	a	los	átomos	y	no	quería
perdérselo.	Por	desgracia,	el	profesor	Baptiste	se	trasladó	de	ciudad	antes	de
que	el	microscopio	funcionase,	en	1989.	La	primera	foto	que	lograron
obtener,	operando	el	microscopio	en	vacío,	se	muestra	en	la	Figura	2.1.
Ver	los	átomos	ha	sido	siempre	un	sueño	para	los	científicos	que	estudian	la
materia.	«Nuestros	componentes	últimos»,	así	nos	enseñaron	a	llamarlos
cuando	éramos	estudiantes	de	bachillerato.	A	esa	edad	no	comprendíamos
muy	bien	el	significado	de	esas	palabras	y	hoy	en	día,	además,	sabemos	que
esa	definición	no	es	del	todo	correcta	ya	que	éstos	pueden	dividirse	en
partículas	aún	más	pequeñas	denominadas	electrones,	protones	y	neutrones.
A	su	vez,	estos	dos	últimos	están	formadospor	otras	partículas	llamadas
quarks,	que	se	han	descubierto	haciendo	chocar	núcleos	atómicos	a
velocidades	cercanas	a	las	de	la	luz	en	los	llamados	aceleradores	de
partículas.	Esta	manera	de	estudiarlos	es	muy	burda:	a	golpes.	Es	algo	así
como	romper	un	reloj	a	martillazos	e	intentar	saber	cómo	funcionaba
examinando	los	trozos	de	los	engranajes	destrozados	que	se	han	obtenido.
Los	quarks	son,	junto	con	algunas	otras,	las	llamadas	partículas	elementales,
las	que	no	pueden	subdividirse,	los	verdaderos	componentes	últimos	de	la
materia	(¿por	ahora?).
FIGURA	2.1.	Imagen	obtenida	en	1989	con	un	microscopio	de	efecto	túnel,
conocido	como	STM.	Los	puntos	más	brillantes	y	ordenados	en	forma
hexagonal	corresponden	a	átomos	de	silicio.	La	imagen	se	tomó	haciendo	una
fotografía	a	la	pantalla	del	ordenador.
El	átomo	mide	casi	mil	millones	de	veces	menos	que	un	metro	(como	veremos,
eso	es	un	nanómetro)	y	el	protón	es	todavía	un	millón	de	veces	menor,	es
decir,	mide	del	orden	de	un	femtómetro.	Imaginemos	al	átomo	como	una
esfera	gigante	en	cuyo	centro	se	encuentra	el	pequeñísimo	núcleo	atómico.
Buscando	un	símil	sería	algo	parecido	a	tener	un	grano	de	arroz	flotando	en
mitad	de	un	estadio	de	fútbol.	Toda	la	masa	está	concentrada	en	el	grano:	el
resto,	como	decía	Demócrito,	es	espacio	vacío.	Las	partículas	que	componen
el	núcleo	atómico	escapan	completamente	a	nuestras	capacidades	actuales	de
manipulación	individual.	Aunque	su	control	por	otras	vías	tenga	un	papel
importante,	por	ejemplo,	en	la	generación	de	energía	nuclear,	no	sabemos
cómo	manejarlas	con	precisión	y	mucho	menos	cómo	construir	algo	con	ellas.
Por	tanto,	los	átomos	constituyen	los	componentes	más	pequeños	que	pueden
manipularse,	sobre	los	que	sabemos	actuar	de	manera	controlada	y,	por
tanto,	son	los	«ladrillos»	a	los	que	podemos	recurrir	para	«construir».	Su
tamaño,	como	hemos	dicho,	es	cercano	al	nanómetro.
El	ser	humano	siente	una	curiosidad	innata	que	le	impulsa	a	conocer	lo	más
grande	y	también	lo	más	pequeño.	De	alguna	manera	se	pregunta	qué	hay
más	allá	de	lo	que	alcanzan	a	ver	sus	ojos,	tanto	hacia	lo	inmenso	como	hacia
lo	diminuto.	Galileo	construyó	un	telescopio	a	principios	del	siglo	XVII	que	le
permitió	descubrir,	entre	otras	cosas,	las	cuatro	lunas	más	grandes	de
Júpiter.	A	partir	de	entonces	los	telescopios	se	han	perfeccionado	para
mostrarnos	cómo	son	las	estrellas,	las	galaxias,	las	nebulosas…	Sabemos	que
las	distancias	y	tamaños	en	el	universo	son	tan	grandes	que	superan	nuestra
capacidad	de	comprensión.	Así,	una	noche	estrellada	nos	empequeñece	y	con
frecuencia	nos	hace	preguntarnos	por	nuestro	insignificante	papel	en	el
cosmos.	Curiosamente,	en	el	extremo	opuesto,	pensar	en	lo	más	pequeño	no
nos	hace	sentirnos	grandes.	Durante	una	gran	parte	de	la	historia	de	la
humanidad,	el	mundo	de	los	objetos	diminutos	pareció	no	existir	porque	no	se
tenía	la	posibilidad	de	observarlo	y	sólo	cuando	se	construyeron	los
microscopios,	el	primero	también	a	principios	del	siglo	XVII,	se	pudo
descubrir	un	mundo	fascinante,	poblado	por	células,	virus,	moléculas,	e
incluso	átomos…	El	mundo	invisible	es	tan	infinito	y	fascinante	como	el
universo	y	aunque,	por	el	hecho	de	no	poder	verlo,	nos	cueste	imaginar	y
comprender	el	enorme	número	o	la	naturaleza	de	los	objetos	diminutos,	es	un
reto	acercarnos	a	la	grandeza	de	lo	pequeño.	El	viaje	hacia	el	interior	de	la
materia	es	conceptualmente	mucho	más	complejo	que	la	exploración	del
cosmos.	Hay	varios	motivos	para	ello.	Por	una	parte,	la	falta	de	imágenes
mentales	o	representaciones	conceptuales	de	los	objetos	micro	y
nanométricos	y,	por	otra,	la	complejidad	de	las	herramientas	necesarias	para
su	estudio.	Estas	dificultades	son	sin	duda	una	barrera	para	que	la	sociedad
se	acerque	a	conocer	el	mundo	atómico	y	sus	posibilidades.	Y	así,	mientras
disfrutamos	de	las	fotografías	de	galaxias,	planetas	o	mundos	lejanos,
sentimos	menos	fascinación	por	las	imágenes	de	los	«seres»	(animados	o
inanimados)	que	habitan	el	mundo	de	lo	más	pequeño,	aunque	se	encuentran
mucho	más	cerca	de	nosotros:	en	nuestra	piel,	en	la	superficie	de	las	hojas	de
este	libro	o	en	la	pantalla	en	la	que	algunos	lo	están	leyendo.
La	nanociencia	trata	de	comprender	y	manipular	ese	mundo	«infinito»	de	lo
más	pequeño.	Eso	es	lo	que	intentarán	las	páginas	de	este	libro:	acercarnos	a
él	y	mostrarnos,	mediante	ejemplos	extraídos	de	los	laboratorios	de
investigación,	cómo	es	el	mundo	allá	abajo	,	qué	objetos	lo	pueblan,	qué	leyes
lo	gobiernan	y	cómo	podemos	aprovecharnos	de	ellos	y	de	sus	propiedades
para	construir	tecnología	que	nos	sirva	aquí	arriba	.
«Nano»	es	un	prefijo	griego	que	significa	diminuto,	pequeño.	Este	prefijo	se
utiliza	en	el	sistema	internacional	(S.I.)	de	unidades	para	indicar	un	factor	de
10−9	(es	decir,	multiplicar	algo	por	0,000000001,	o	lo	que	es	lo	mismo,	la
milmillonésima	parte	de	algo).	Así,	podríamos	decir	que	nanociencia	es	el
estudio	de	los	objetos	con	tamaño	mil	millones	de	veces	más	pequeños	que	un
metro	(nanométricos).	Aunque	este	prefijo	acompaña	a	unidades	de	medida
podemos	extrapolar	su	uso	y	así	por	nanoquímica	o	nanomedicina
entendemos	la	aplicación	de	la	nanotecnología	a	los	campos	de	la	química	o	la
medicina,	y	por	nanomundo	o	nanoescala	nos	referimos	a	objetos	o	procesos
que	existen	o	tienen	lugar	cuando	sus	longitudes	típicas	son	nanométricas.
Un	nanómetro	(nm)	equivale	a	una	longitud	unas	80	000	veces	más	pequeña
que	el	diámetro	de	un	cabello	humano.	Aunque	esta	unidad	escapa	por
completo	a	nuestra	experiencia	cotidiana,	es	fundamental	en	la	naturaleza.	Si
imaginamos	una	regla	con	divisiones	de	un	nanómetro,	dos	marcas
consecutivas	en	la	regla	encerrarían	unos	5	átomos,	o	también	si	la
utilizásemos	para	medir	el	ADN	de	nuestras	células,	tres	marcas	consecutivas
delimitarían	el	diámetro	de	la	doble	hélice.	Es	decir,	con	una	regla	dividida	en
nanómetros	seríamos	capaces	de	medir	los	objetos	más	pequeños	de	la
naturaleza	que	sabemos	manejar.
Visualizar	de	manera	intuitiva	lo	que	significa	la	palabra	«nano»	es	muy
difícil.	Una	milmillonésima	parte	de	algo	se	refiere	a	un	concepto
extremadamente	pequeño,	que	escapa	a	nuestra	intuición	o	experiencia
cotidiana	y,	por	tanto,	su	valor	absoluto	carece	de	significado	para	nosotros.
Los	valores	pequeños	son	tan	lejanos	a	la	intuición	como	los	grandes,	pues	de
hecho	tampoco	comprendemos	bien	que	una	estrella	pueda	estar	a	20	años-
luz	de	nosotros,	que	«el	agujero»	de	un	banco	sea	de	25	000	millones	de
euros	o	que	el	presupuesto	español	dedicado	a	la	ciencia	se	haya	reducido
durante	los	últimos	tres	años	en	más	de	3000	millones	de	euros.	Son
cantidades	tan	lejanas	a	nuestro	mundo	diario	que	no	nos	hacemos	una	idea
precisa	de	lo	que	significan.	Para	crearnos	una	imagen	que	nos	indique	cómo
de	grande	es	una	molécula	o	cómo	de	pequeño	es	un	nanómetro,	podemos
recurrir	a	algunos	ejemplos	visuales.	En	este	mismo	instante	y	sin	que	nos
demos	cuenta,	nuestras	uñas	y	pelos	están	creciendo	del	orden	de	5	nm	cada
segundo.	Si	suponemos	que	la	distancia	entre	átomos	es	de	0,2	nm	y	que	el
diámetro	de	un	pelo	es	0,1	mm	(100	000	nm),	y	hacemos	una	pequeña	cuenta,
llegaremos	a	la	conclusión	de	que	para	que	el	cabello	crezca	5	nm	por
segundo,	aproximadamente	en	cada	segundo	se	están	agregando	más	de	diez
billones	de	átomos	a	cada	uno	de	nuestros	pelos.
Otro	ejemplo	que	puede	ayudarnos	a	visualizar	la	inmensidad	de	lo	pequeño
es	la	amplificación	que	tenemos	que	hacer	de	una	molécula	para	que	resulte
comparable	con	un	objeto	de	nuestro	entorno.	Pongamos	como	ejemplo	un
fullereno:	una	molécula	formada	por	60	átomos	de	carbono,	que	mide	1	nm	de
diámetro	y	cuya	forma	es	exactamente	la	misma	que	un	balón	de	fútbol.	Pues
bien,	lo	que	tendríamos	que	reducir	el	balón	de	fútbol	para	convertirlo	en	un
fullereno	es	aproximadamente	lo	mismo	que	tendríamos	que	reducir	nuestro
planeta	para	que	se	convirtiera	en	un	balón	de	fútbol:	cien	millones	de	veces.
Un	último	ejemplo	para	hacernos	una	idea	intuitiva	del	mundo	nanométrico	y
de	sus	tamaños	está	relacionado	con	la	siguiente	cuestión:¿qué	hay	más,
estrellas	en	el	universo	o	moléculas	de	agua	en	el	mar?	Cuando	en
conferencias	de	divulgación	se	plantea	esta	pregunta,	la	mayor	parte	del
público,	dejándose	llevar	por	un	primer	impulso,	contesta	que	hay	más
estrellas.	Otros,	intuyendo	que	la	pregunta	tiene	trampa,	responden	un
«quién	puede	saberlo».	Lo	cierto	es	que	ambas	cantidades	se	pueden	calcular
con	bastante	aproximación.	La	NASA	estima	que	en	el	universo	accesible,	el
que	podemos	observar,	debe	de	haber	unas	1023	estrellas	(es	decir,	en
notación	científica,	un	uno	seguido	de	23	ceros:	100	000	000	000	000	000	000
000).	Este	número	es	tan	grande	que	nos	cuesta	comprender	su	significado.
Para	hacernos	una	idea	imaginemos	que	pusiésemos	a	contar	a	todos	los
habitantes	de	la	Tierra,	sin	dormir	ni	comer,	una	estrella	por	segundo.	En
esas	condiciones	estaríamos	contando	más	de	100	000	años.	Por	otra	parte,
un	sencillo	cálculo	del	volumen	de	agua	contenida	en	todos	los	océanos	del
planeta	nos	revela	que	hay	alrededor	de	5×1045	moléculas,	es	decir,	más	de
veinte	ceros	a	la	derecha	de	diferencia	con	el	número	de	estrellas.	En	este
caso,	contar	todas	las	moléculas	de	agua	nos	llevaría	un	tiempo	mayor	que	el
de	la	existencia	del	universo.
Una	vez	que	disponemos	de	una	regla	de	dimensiones	nanométricas	y	que
hemos	adquirido	algunas	imágenes	conceptuales	de	lo	que	significa	el
nanómetro,	podemos	pasar	a	describir	los	objetos	que	tienen	tamaños
comprendidos	entre	0,1	y	100	nm.	Es	decir,	vamos	a	identificar	los	objetos
más	pequeños	que	se	pueden	combinar	entre	sí	para	construir	la	diversidad
del	mundo	que	nos	rodea.	Estos	se	conocen	como	los	«ladrillos	de	la
nanotecnología»	y	pueden	dividirse	en	naturales	o	artificiales.	Entre	los	que
nos	proporciona	la	naturaleza,	nos	interesan	los	que	son	más	pequeños	que
una	bacteria	(cuyo	tamaño	típico	es	de	un	micrómetro	o	«micra»),	como	virus,
proteínas,	ácidos	nucleicos,	moléculas	orgánicas	e	inorgánicas,	y	átomos.	Los
primeros	de	esta	lista	resumida	son	objetos	de	estudio	de	la	nanobiología	o
nanomedicina	(como	veremos	en	el	Capítulo	7),	los	intermedios	pertenecen	al
ámbito	de	la	nanoquímica	(Capítulo	6)	y	los	últimos	al	de	la	física	(Capítulo	5).
Sin	embargo,	no	sólo	disponemos	de	ladrillos	naturales,	sino	que	también	se
han	construido	muchos	otros	en	laboratorios.	Éstos	son	innumerables	e
incluyen	nanopartículas	(agrupaciones	de	decenas	de	átomos	de	un	material),
nanotubos	de	carbono	(un	plano	atómico	de	carbono	enrollado	sobre	sí	mismo
formando	un	cilindro),	fragmentos	de	grafeno	(una	lámina	bidimensional	de
átomos	de	carbono),	o	nuevas	moléculas	orgánicas	y	sus	combinaciones.
Algunos	de	ellos	están	representados	en	la	Figura	2.3.	En	los	siguientes
capítulos	los	conoceremos	más	y	mejor,	tanto	a	ellos	como	a	sus	posibles
aplicaciones.
FIGURA	2.2.	Imagen	tomada	con	un	microscopio	de	efecto	túnel,	STM,	que
muestra	los	átomos	de	una	superficie	de	grafeno,	en	la	que	se	distingue	su
colocación	en	forma	de	panal	de	abeja.	Gentileza	del	grupo	ESISNA,	ICMM-
CSIC.
FIGURA	2.3.	Algunos	de	los	ladrillos	utilizados	en	el	nanomundo	para
construir	el	macromundo.	De	izquierda	a	derecha	y	de	arriba	abajo:
nanopartícula	de	oro,	fullereno,	doble	hélice	de	ADN,	molécula	del
aminoácido	prolina,	alcanotiol	y	nanotubo	de	carbono.
Con	ellos	iremos	descubriendo	cuáles	son	los	límites	entre	lo	posible	y	lo
imposible	en	esta	nueva	ciencia,	que	va	definiéndose	día	a	día	con	nuevos	y
sorprendentes	hallazgos.	Éste	es	el	trabajo	continuo,	callado	y	largo	que	se
realiza	en	diferentes	laboratorios	y	grupos	de	investigación	en	todo	el	mundo.
Gracias	a	ellos,	la	ciencia	pasará	a	ser	tecnología,	y	algunos	de	los
experimentos	y	prototipos	del	laboratorio	entrarán	en	nuestros	hogares,	y	lo
que	hoy	parece	ciencia	ficción	se	irá	haciendo	realidad	quizá	más	rápido	de	lo
que	pensamos.
2.2.	Nanociencia	y	nanotecnología
Es	preciso	recordar	la	diferencia	entre	ciencia	y	tecnología.	De	una	manera
general,	podemos	decir	que	ciencia	es	el	conocimiento	obtenido	a	partir	del
trabajo	realizado	en	un	laboratorio	de	investigación	en	el	que	se	busca	o
prueba	una	capacidad	o	una	ley	de	la	naturaleza.	La	observación,
experimentación	y	modelización	permiten	plantear	preguntas	y	construir
hipótesis,	lo	que	lleva	a	elaborar	leyes	generales	sujetas	a	comprobación	o
refutación	experimental.	La	ciencia	es	necesidad	de	saber,	es	un	reflejo	de	la
curiosidad	del	ser	humano,	planteada	de	forma	objetiva	y	utilizando	el	método
científico.	La	síntesis	de	una	nueva	molécula,	la	manipulación	de	una
proteína,	la	descripción	del	mecanismo	que	sigue	una	reacción	química	o	la
determinación	de	las	posiciones	de	los	átomos	de	un	material	son	algunos
ejemplos	del	trabajo	científico	que	se	lleva	a	cabo	en	un	laboratorio.	Los
resultados	obtenidos	de	cada	una	de	estas	investigaciones	se	redactan	en
forma	de	artículo	científico	y,	después	de	superar	un	examen	crítico	por	parte
de	otros	investigadores,	se	publican	en	revistas	científicas	internacionales.	En
otras	ocasiones	los	resultados	se	presentan	en	congresos	o	reuniones
científicas	especializadas.	De	esta	manera	se	da	acceso	al	conocimiento
generado,	para	así	comprobar	o	rebatir,	mejorar	o	completar	las	ideas	y
conceptos	publicados.
La	tecnología,	a	su	vez,	parte	de	los	conocimientos	básicos	establecidos	por	la
ciencia	o	bien	de	un	procedimiento	iterativo	de	prueba	y	error	para	construir
un	dispositivo,	un	nuevo	material	o	una	aplicación	informática	que	tengan	una
utilidad	determinada	para	la	sociedad.	El	conocimiento	necesario	para
generar	este	instrumento	o	proceso	de	fabricación	se	traduce	habitualmente
en	una	patente,	como	una	forma	de	proteger	esa	invención	y	de	ofrecer
ciertos	derechos	a	los	inventores	y	a	las	entidades	en	las	que	se	ha	generado
dicha	patente.
La	ciencia	suele	desarrollarse	en	universidades	y	organismos	públicos	de
investigación	(OPIs,	un	ejemplo	de	los	cuales	es,	en	España,	el	Consejo
Superior	de	Investigaciones	Científicas,	CSIC)	ya	que	no	tiene	una
repercusión	económica	inmediata.	Por	el	contrario,	la	tecnología	se	desarrolla
principalmente	en	empresas	y	centros	tecnológicos,	ya	que	se	busca	un
producto	o	proceso	que	se	pueda	comercializar,	destinado	directamente	al
usuario	final.	Algunas	instituciones	de	gran	tamaño	como	el	CNRS	(Centro
Nacional	para	la	Investigación	Científica)	francés,	los	institutos	Max-Planck
alemanes,	el	Instituto	Nacional	de	la	Salud	de	Estados	Unidos	o	el	CSIC
español	tienen	la	posibilidad	de	producir	tanto	conocimiento	básico	como	un
buen	número	de	patentes.	Así,	normalmente,	primero	surge	la	ciencia	y	años
después	(o	a	veces	nunca)	la	tecnología	derivada	de	ella.	Además,	la
tecnología	generada	proporciona	nuevas	herramientas	a	los	científicos	con	las
que	estudiar	nuevos	conceptos,	que	a	su	vez	generarán	nueva	tecnología.	De
esta	manera	ciencia	y	tecnología	son	las	dos	caras	de	una	misma	moneda	y	se
convierten	en	una	rueda	imparable	que	ha	hecho,	y	sigue	haciendo,	avanzar	a
la	humanidad.
En	el	ámbito	de	las	ciencias	biológicas	encontramos	un	ejemplo	claro	de	la
relación	entre	ciencia	y	tecnología.	En	el	año	1976,	un	grupo	de	«científicos
básicos»	descubrió	que	una	proteína	de	una	bacteria	termófila	(es	decir,	que
vivía	en	medios	con	altas	temperaturas,	entre	50	y	80	°C)	permitía	copiar	o
replicar	distintas	moléculas	de	ADN.	A	esta	proteína	se	le	denominó
«polimerasa	Taq	»,	por	las	iniciales	del	microorganismo	del	cual	se	había
aislado	(Thermus	aquaticus	).	Esta	investigación	parecía	muy	fundamental	y
con	escasa	utilidad	tecnológica,	pero	en	1983	el	científico	K.	Mullis	ideó	una
aplicación	práctica	basada	en	ella:	aprovechando	la	capacidad	de	la
polimerasa	Taq	para	replicar	ADN	a	altas	temperaturas,	inventó	un	sistema
de	amplificación	del	ADN	denominado	«reacción	en	cadena	de	la	polimerasa».
(PCR,	por	las	iniciales	en	inglés	de	Polymerase	chain	reaction	),	que	podía
automatizarse	fácilmente.	La	empresa	en	la	que	trabajaba	Mullis	patentó	la
tecnología	de	la	PCR	y	él	recibió	el	Premio	Nobel	de	Química	en	1993.	Hoy	en
día	la	PCR	se	utiliza	en	todos	loslaboratorios	de	biología	molecular	del	mundo
y	su	uso	ha	permitido	cientos	de	nuevos	descubrimientos	científicos.
Actualmente,	en	el	mundo	«nano»	vivimos	una	etapa	esencialmente	científica.
Estamos	adquiriendo	el	conocimiento	necesario	para	mover,	manipular	y
construir	objetos	de	tamaños	nanométricos	en	laboratorios	de	investigación
(nanociencia),	que	podrán	ser	utilizados	en	un	futuro	cercano	para	realizar
una	función	específica	dentro	de	un	determinado	dispositivo	(nanotecnología).
Podemos	decir	que	la	nanociencia	trata	de	lo	de	«allá	abajo»,	mientras	que	la
nanotecnología	de	lo	de	«aquí	arriba».	Dicho	de	otra	manera,	actualmente
hemos	avanzado	bastante	en	lo	que	a	nanociencia	se	refiere	y	estamos
desarrollando	las	primeras	aplicaciones	nanotecnológicas.	No	obstante,	y
como	veremos,	aunque	ya	hay	bastantes	nanoproductos	en	el	mercado,
muchas	de	las	aplicaciones	más	espectaculares	todavía	están	lejos	de	su
comercialización.	Así,	podemos	afirmar	que	la	nanotecnología	se	habrá
generalizado	a	mediados	de	este	siglo:	ésa	será	la	tecnología	que	disfrutarán
plenamente	nuestros	hijos.
Todos	hemos	jugado	alguna	vez	a	imaginar	cómo	será	el	futuro,	pero	es	muy
difícil	aventurar	la	velocidad	a	la	que	se	producirán	los	avances	tecnológicos
que	lo	van	a	protagonizar.	Por	ejemplo,	la	rapidez	con	que	la	microelectrónica
ha	cambiado	nuestra	forma	de	vivir	es	sorprendente:	instrumentos	o	aparatos
que	hace	pocos	años	eran	considerados	ciencia	ficción	ahora	están	en
nuestros	hogares	y	forman	parte	de	nuestra	vida	cotidiana.	Parece	inevitable
depositar	unas	elevadas	expectativas	en	el	«nanofuturo»,	aunque	muchas
veces	no	guarden	relación	con	la	base	científica	que	las	sustenta.	La	ciencia
parece	haber	llegado	a	un	momento	de	gloria	en	el	que	todo	puede	ser
explicado	y	realizado.	Nos	ha	enseñado	a	soñar	y	fantasear	con	el	futuro.
Tanto	es	así	que	hoy	en	día	los	consumidores	no	saben	distinguir	entre	lo	que
será	real	y	lo	que	seguirá	siendo	ciencia	ficción.	Es	decir,	entre	lo	que	llegará
a	nuestras	casas	formando	parte	de	la	cotidianidad	y	lo	que	se	quedará	en	el
laboratorio	como	un	mero	experimento	académico.	Lo	primero	será
tecnología,	lo	segundo	parte	de	la	ciencia	básica	necesaria	para	conseguirla.
Dado	que	la	nanociencia	nos	explica	cómo	funciona	la	naturaleza	a	nivel
atómico	o	molecular,	nos	muestra	el	camino	para	manipularla	a	voluntad.	Sin
embargo,	el	reto	más	importante	es	cómo	convertir	esas	ideas	científicas	en
una	tecnología	válida	para	nuestro	mundo	macroscópico:	transformar	la
nanociencia	en	nanotecnología.	La	revolución	científica	que	está
produciéndose	en	el	ámbito	de	lo	«nano»	no	ha	emergido	de	repente,	sino	que
ha	seguido	un	proceso	silencioso	y	lento:	podemos	decir	que	se	ha	empleado
casi	un	siglo	en	adquirir	los	elementos	necesarios.	Detrás	de	cada
experimento	espectacular,	como	el	que	se	muestra	en	la	primera	figura	de
este	libro,	hay	innumerables	horas	de	trabajo	previo:	diseñando	el	proceso,
construyendo	dispositivos,	apretando	tornillos,	buscando	y	justificando	la
financiación,	aprendiendo	de	los	experimentos	fallidos.	Al	final,	el	trabajo	de
muchas	personas	durante	muchos	años	se	sintetiza	en	una	sola	figura,	que
representa	el	punto	final	del	proceso.	Es	«el	concierto	de	la	ciencia»,	en	el
que	antes	del	espectáculo	final	frente	al	público	hay	muchas	horas	de	ensayo
que	no	se	van	a	escuchar	cuando	el	director	levante	su	batuta,	pero	que	son
necesarias	para	lograr	un	sonido	armonioso.	Una	obra	de	arte	es	un	hecho
aislado	y	singular	que,	aunque	enmarcado	en	un	entorno	histórico,	es	único.
La	ciencia	es	la	obra	de	arte	colectiva	de	la	civilización.	Cada	equipo	de
investigación	prosigue	su	trabajo	en	el	punto	en	que	el	anterior	lo	dejó	y
explora	los	territorios	en	los	que	los	demás	todavía	no	habían	podido	o	sabido
adentrarse.	Precisamente	ese	valor	oculto	de	la	ciencia,	muchas	veces	poco
valorado	por	las	administraciones,	es	el	primer	paso	necesario	para	conseguir
su	aplicación	en	forma	de	tecnología	útil.
2.3.	El	ocaso	de	la	tecnología	actual
La	tecnología	de	la	que	dispone	una	sociedad	tiene	el	tamaño	de	las
herramientas	que	se	utilizan	para	fabricarla.	Así,	por	ejemplo,	en	el
Paleolítico	se	tallaban	bifaces	y	raederas	de	sílex	con	los	que	se	trabajaba	la
materia,	generalmente	otras	piedras,	huesos	o	pieles.	Con	técnicas	derivadas
de	éstas	se	fabricaron	cinceles	y	buriles	primitivos	con	los	que	se	realizaron
las	primeras	representaciones	gráficas	hace	unos	10	000	años.	Podemos	decir
que	«el	tamaño	de	la	tecnología»	de	la	que	se	disponía	en	esa	época,	es	decir
el	de	los	objetos	que	se	podían	construir,	correspondía	con	el	ancho	de	la
piedra	utilizada,	siempre	en	el	rango	de	los	centímetros.	Poco	a	poco,	las
herramientas	se	fueron	mejorando	y	esos	cinceles	se	hicieron	más	pequeños,
duros	y	precisos.	En	lugar	de	utilizar	piedras,	que	eran	frágiles	y	difíciles	de
manipular,	se	aprendió	a	moldear	metales	que	además	de	más	duraderos
resultaban	más	afilados.	En	el	siglo	XVIII	esas	rudimentarias	herramientas	se
fueron	convirtiendo	en	destornilladores,	pinzas,	bisturís,	tenazas…	Así	surgió
lo	que	podríamos	denominar	«militecnología»,	tecnología	fabricada	con
elementos	de	1	milímetro,	que	dio	lugar	a	la	mecánica	y	a	la	revolución
industrial,	junto	con	todos	los	desarrollos	que	fueron	caracterizando	el	siglo
XIX.	Durante	el	siglo	XX	se	desarrollaron	máquinas	controladas	mediante
microscopios	ópticos	que	permitieron	crear	nuevas	herramientas	más
pequeñas	y	precisas	con	las	que	fabricar	objetos	diminutos.	Había	comenzado
una	carrera	hacia	la	miniaturización	que	condujo	finalmente	a	la
«microtecnología»,	y	ésta	tuvo	su	máximo	exponente	en	el	campo	de	la
electrónica.	El	desarrollo	de	nuevos	conceptos	científicos	en	el	campo	de	la
física	de	estado	sólido,	junto	con	las	nuevas	posibilidades	para	construir
objetos	micrométricos,	dio	lugar	a	la	microelectrónica,	que	durante	el	siglo
XX	cambió	la	forma	de	vivir	de	la	sociedad,	abriendo	las	puertas	a	la
computación	y	a	las	telecomunicaciones.
A	la	hora	de	desarrollar	la	tecnología	micrométrica,	una	de	las	herramientas
más	importantes	ha	sido,	y	sigue	siendo,	los	haces	de	electrones	o	iones
utilizados	como	verdaderos	cinceles.	Estos	«chorros»	de	partículas	se	han	ido
perfeccionando	más	y	más	a	medida	que	se	mejoraban	otras	tecnologías,
como	la	de	los	sistemas	de	vacío	o	la	óptica	electromagnética,	hasta	conseguir
generar	haces	de	tamaño	inferior	a	10	nm.	Estos	equipos	funcionan	de
manera	similar	a	como	escribían	los	habitantes	primitivos	sobre	la	roca,
creando	marcas	o	dibujos	sobre	la	superficie	del	material.	Los	haces	finos	de
iones	o	electrones	queman	una	zona	dibujando	sobre	ella	nuevas	estructuras,
es	decir,	«tatúan»	la	superficie	de	los	materiales.
FIGURA	2.4.	A	la	izquierda,	imagen	de	microscopía	electrónica	de	unos	dedos
artificiales	de	Kapton	microfabricados,	que	imitan	a	los	de	una	salamanquesa
(fotografía	de	la	derecha).	Con	estos	materiales	se	podrían	fabricar	potentes
adhesivos.	La	barra	negra	de	escala	es	de	2	mm.	Reproducido	con	permiso	de
Macmillan	Publishers	Ltd:	Nature	Nanotechnology	n.º	2,	p.	461,	copyright
2003.
Un	ejemplo	puntero	de	lo	que	se	puede	hacer	hoy	en	día	con	estas
herramientas	ha	sido	recientemente	publicado	por	investigadores	de	la
Universidad	de	Manchester	en	colaboración	con	un	instituto	de
microelectrónica	ruso.	La	salamanquesa	(Figura	2.4)	se	adhiere	a	las	paredes
de	manera	tan	eficiente	que	es	capaz	de	trepar	por	ellas	sin	ninguna
dificultad.	Imaginemos	que	pudiésemos	copiar	el	mecanismo	y	fabricar	unos
guantes	especiales	basados	en	ese	mismo	principio	físico.	Podríamos	entonces
soñar	con	escaladores	encaramándose	a	lugares	imposibles	o	limpiadores	de
cristales	trepando	por	los	rascacielos	para	acceder	a	los	sitios	más	difíciles.
Algo	parecido	al	personaje	de	Spiderman.	Pero,	¿cómo	consiguen	las
salamanquesas	desafiar	a	la	gravedad?	Un	análisis	microscópico	de	sus	patas
nos	proporciona	la	respuesta.	Estos	pequeños	reptiles	han	desarrollado	una
serie	de	pelos	muy	pequeños,	de	los	que	cada	uno	de	sus	dedos	tiene
aproximadamentemedio	millón.	Pero	lo	más	interesante	es	que	cada	pelo
posee	a	su	vez	cientos	de	ramificaciones	de	unos	nanómetros	de	diámetro,	de
manera	que	cuando	se	acercan	a	una	superficie	establecen	cientos	de	uniones
gracias	a	la	aparición	de	las	llamadas	fuerzas	de	Van	der	Waals.	Cada	fuerza
de	interacción	individual	es	muy	pequeña,	pero	todas	sumadas	generan	una
fuerza	de	adhesión	suficientemente	grande	como	para	soportar	el	peso	de	la
salamanquesa.	Pues	bien,	estos	investigadores	intentaron	copiar	este
mecanismo	y	para	ello	fabricaron,	utilizando	haces	de	electrones,	redes	de
pilares	plásticos,	utilizando	un	material	llamado	kapton.	Estas	estructuras,
mostradas	en	la	Figura	2.4,	son	flexibles,	poseen	una	geometría	optimizada
para	producir	una	adhesión	colectiva,	y	miden	3	micras	de	alto	y	200	nm	en
su	base,	igual	que	los	pelos	de	los	dedos	de	la	salamanquesa.	Los
investigadores	que	realizaron	este	trabajo	estiman	que	una	pieza	de	adhesivo
de	1	cm2	de	este	material	tiene	un	millón	de	pelos	y	puede	soportar	un	peso
de	1	kg.	Este	nuevo	material	podría	utilizarse,	si	se	llegara	a	comercializar,
como	cinta	adhesiva	de	altas	prestaciones	capaz	de	hacer,	por	ejemplo,	que
algunos	vehículos	escalen	por	las	paredes.	Entre	los	autores	de	este
sorprendente	estudio	figuran	A.	Geim	y	K.	Novoselov,	investigadores	que
volverán	a	aparecer	posteriormente	en	este	libro	ya	que	obtuvieron	el	Premio
Nobel	de	Física	en	2010	por	sus	investigaciones	relacionadas	con	el	grafeno,
uno	de	los	materiales	más	prometedores	en	el	campo	de	la	nanotecnología.
Este	ejemplo	ilustra	otra	de	las	características	esenciales	de	la
nanotecnología,	que	irá	acompañándonos	a	lo	largo	de	las	siguientes	páginas:
su	inspiración	en	la	naturaleza	para	resolver	problemas	de	muy	diversa
índole.	A	lo	largo	de	millones	de	años,	la	evolución	biológica	por	selección
natural	ha	perfeccionado,	mediante	el	método	de	prueba	y	error,	las
estructuras	de	los	seres	vivos	para	que	éstos	puedan	sobrevivir	en	su
ambiente	o	colonizar	otros.	Por	tanto,	la	idea	es	construir	tecnología	(nuevos
materiales,	medicinas	más	eficientes,	motores	pequeñísimos,	transistores	más
potentes)	utilizando	los	mismos	mecanismos	físico-químicos	que	emplean	los
seres	vivos.	Imaginemos,	por	ejemplo,	que	pudiésemos	«domesticar»	un	virus
para	que	liberara	un	fármaco	en	lugar	de	su	malicioso	material	genético
dentro	de	las	células	que	deseemos	(por	ejemplo,	las	que	originan	un	tumor).
Así	podríamos	curar	enfermedades	de	una	manera	totalmente	novedosa	y
muy	eficiente.	Como	veremos	en	el	Capítulo	7,	hoy	en	día	numerosos	grupos
de	investigación	están	trabajando	en	este	tipo	de	desarrollos.
Volviendo	al	proceso	de	miniaturización	progresiva	que	hemos	estado
comentando,	la	forma	de	construir	objetos	más	y	más	pequeños	se	conoce	con
el	nombre	de	tecnología	de	fabricación	descendente	o	«de	arriba	hacia	abajo»
(traducido	del	inglés,	top-down	).	Buscando	un	símil	sencillo,	el	fundamento
de	esta	aproximación	se	asemeja	al	trabajo	realizado	por	un	escultor,	el	cual	a
partir	de	un	bloque	grande	e	informe	de	un	material	obtiene,	a	base	de
cincelar,	pulir	y	modelar,	un	objeto	más	pequeño	y	con	la	forma	deseada.	Así,
hasta	ahora	la	tecnología	parecía	responder	a	una	ley	no	escrita:	«más	en
menos»,	es	decir,	conseguir	más	capacidades	en	menos	espacio.	Con	esta
máxima,	la	carrera	hacia	la	miniaturización	emprendida	por	la	tecnología
actual	parece	no	tener	fin.	En	1965,	un	ingeniero	llamado	G.	Moore	estableció
que	la	densidad	de	transistores	incluidos	en	un	dispositivo	electrónico	se
doblaría	cada	18	meses.	Es	lo	que	se	conoce	como	la	Ley	de	Moore,	que
expondremos	en	detalle	en	el	Capítulo	5.	Esta	previsión	se	postuló	con	muy
pocos	datos	experimentales	y,	contra	todo	pronóstico,	se	ha	venido
cumpliendo	de	manera	precisa.	Así,	un	procesador	Pentium	IV	tiene	en	su
interior	aproximadamente	6	millones	de	transistores/cm2	,	valor	que
cuadruplica	a	los	del	Pentium	I,	creado	sólo	cuatro	años	antes.	Estos
transistores	se	litografían	(se	dibujan),	como	hemos	comentado
anteriormente,	sobre	superficies	de	silicio.	La	separación	entre	líneas	en	el
año	2000	era	de	180	nm	y	en	el	año	2008	de	45	nm.	En	el	año	2010	IBM
anunció	que	había	pasado	a	32	nm	y	al	año	siguiente	Intel	confirmó	que	había
alcanzado	los	22	nm.	Extrapolando	estos	números,	en	el	año	2016	la
separación	entre	líneas	debería	ser	de	10	nm,	es	decir	tan	solo	unos	100
átomos	separarían	un	transistor	del	siguiente.	Si	seguimos	extrapolando,	a
mediados	del	siglo	XXI	llegaríamos	a	un	límite	absoluto:	estructuras	formadas
o	separadas	por	un	solo	átomo.
Aunque	la	Ley	de	Moore,	o	la	carrera	hacia	la	miniaturización,	se	ha	cumplido
inexorablemente	durante	más	de	cuarenta	años,	podemos	vislumbrar	una
serie	de	limitaciones	intrínsecas	al	tipo	de	planteamiento	descendente	en	el
que	se	basa	la	tecnología	actual,	y	que	parecen	llevarnos	al	final	de	ese
camino.	La	primera	de	ellas	es	sin	duda	el	tamaño	de	las	herramientas
necesarias.	Los	haces	de	electrones	o	iones	de	los	que	hemos	hablado	no
pueden	ser	infinitamente	pequeños	ya	que	están	compuestos	por	partículas
cargadas	del	mismo	signo,	que	por	tanto	se	repelen	entre	sí.	Por	otra	parte,
en	la	nanoescala	surgen	nuevas	propiedades	al	reducir	el	tamaño,	puesto	que
esto	conlleva	un	aumento	en	la	relación	superficie/volumen.	Muchas	de	las
propiedades	físicas,	químicas	y	mecánicas	de	una	superficie	son	muy	distintas
a	las	del	volumen	del	mismo	material	y,	por	tanto,	las	características	del
objeto	cambian	al	reducir	su	tamaño.	Por	ejemplo,	una	bala	redonda	de
pistola,	fabricada	con	plomo,	de	0,5	cm	de	diámetro,	contiene
aproximadamente	1012	átomos	en	la	superficie	y	1018	en	el	volumen,	es	decir,
por	cada	átomo	en	la	superficie	hay	un	millón	en	el	volumen.	Sin	embargo,	si
esa	bola	de	plomo	tuviese	un	diámetro	de	2	nm,	la	llamaríamos	nanopartícula
metálica,	y	tendría	unos	100	átomos	en	la	superficie	y	1000	en	el	volumen,	es
decir	por	1	en	la	superficie	habría	10	en	el	volumen.	A	medida	que	los	objetos
se	hacen	más	pequeños,	aumenta	su	relación	superficie/volumen	y	se	van
convirtiendo	más	«en	superficie».	Como	consecuencia	de	ello,	los	átomos
tienen	menos	vecinos,	aumenta	la	posibilidad	de	escapar	del	material,	pueden
«sentir»	mejor	la	presencia	de	otros	átomos	externos	y	reaccionar	con	ellos.
Estas	modificaciones	de	las	propiedades	se	conocen	como	«efectos	de	tamaño
finito»	y,	como	hemos	visto,	en	la	escala	nanométrica	son	muy	importantes.
Por	último,	además	de	estos	efectos	asociados	al	tamaño,	cuando	un	objeto
mide	1	nm	o	menos,	aparecen	otros	efectos	que	son	diferentes	a	los	que
gobiernan	la	materia	a	escala	macroscópica:	los	llamados	efectos	cuánticos.
La	física	cuántica	requiere	una	nueva	forma	de	pensar.	En	nuestro	mundo	las
ecuaciones	de	Newton	definen	el	movimiento	de	los	cuerpos,	las	de	Maxwell
nos	explican	cómo	se	propaga	la	radiación	electromagnética	y	la	Ley	de	Ohm
gobierna	el	transporte	eléctrico.	Estas	y	otras	leyes	simples	dejan	de	ser
estrictamente	válidas	cuando	tratamos	con	objetos	muy	pequeños,	del	tamaño
del	nanómetro.	Así	pues,	los	objetos	que	queremos	utilizar	para	crear	la
nanotecnología	están	afectados	por	las	leyes	de	la	física	cuántica.	Esta
disciplina	rompe	con	nuestra	forma	racional	de	entender	la	realidad	ya	que
sólo	podemos	describir	la	probabilidad	de	que	un	objeto	esté	en	un
determinado	lugar	o	de	que	un	suceso	ocurra.	Con	el	desarrollo	de	la	física
cuántica	en	la	primera	mitad	del	siglo	XX,	el	concepto	de	átomo	pasó	de	ser
una	certeza	que	nos	permitía	explicar	la	naturaleza	y	hacer	predicciones
fiables,	a	ser	un	concepto	etéreo	y	de	difícil	comprensión	dentro	de	nuestra
lógica	cartesiana.	Estas	nuevas	leyes	y	fórmulas	descritas	por	la	teoría
cuántica	son	verdaderamente	sorprendentes	ya	que	contradicen	nuestra
lógica	basada	en	la	experiencia	del	mundo	cotidiano,	pero	son	absolutamente
necesarias	para	describir	los	procesos	en	el	mundo	de	los	objetos
nanométricos.
No	obstante,	si	los	laboratorios	o	las	empresas	quieren	seguir	ofreciendo	más
capacidades	en	menos	espacio,	tienen	que	comenzar	abuscar	nuevas	formas
de	reducir	el	tamaño	o	mejorar	las	prestaciones.	El	fin	de	la	tecnología
descendente	se	ha	predicho	en	numerosas	ocasiones,	aunque	parece	que	se
resiste	a	llegar.	Las	empresas	tecnológicas	han	invertido	millones	durante	los
últimos	cincuenta	años	para	conseguir	cadenas	de	producción	perfectamente
optimizadas	y	económicas,	y	por	tanto	buscan	estrategias	para	seguir
utilizando	sus	instalaciones	sin	cambiar	sus	métodos.	Una	de	las	ideas	que
barajan	actualmente	las	grandes	multinacionales	para	seguir	aumentando	las
capacidades	de	los	dispositivos	tecnológicos	es	la	fabricación	de	estructuras
en	varias	capas.	Al	estar	separadas	unas	de	otras,	a	distintas	alturas,	escapan
de	los	efectos	cuánticos	debidos	a	la	proximidad.	Estas	estrategias	pueden
hacer	que	la	vida	de	la	tecnología	actual	se	prolongue	todavía	de	manera
saludable	durante	una	decena	de	años.	No	obstante,	parece	claro	que	aunque
Intel	o	IBM	vuelvan	a	dar	un	salto	en	sus	cadenas	de	producción	de	chips	y
comiencen	a	fabricar	objetos	de	10	nm,	o	incluso	de	6	nm,	la	tecnología	actual
vislumbra	un	fin	no	muy	lejano.	Parece	inevitable	concluir	que	la	forma
descendente	de	crear	tecnología	desembocará	en	una	vía	muerta.	La
tecnología	actual	tiene	un	límite	físico	que	impide	su	mejora	y	está	claro	que
hacen	falta	nuevas	ideas.	La	tecnología	que	debe	emerger	no	puede	seguir
una	aproximación	descendente	y	requerirá,	por	tanto,	una	forma	alternativa
de	pensar	y	un	nuevo	entorno	para	desarrollar	ideas	y	conocimientos
científicos.	Ése	es	el	ámbito	en	el	que	surge	«lo	nano»,	como	una	necesidad
de	desarrollar	una	nueva	tecnología	que	nos	permita	seguir	progresando.
2.4.	La	revolución	«nano»
Muchas	definiciones	circulan	por	la	web	para	nanociencia	y	nanotecnología
que,	como	todo	lo	que	aparece	en	Internet,	deben	ser	interpretadas	con
cautela.	Hay	quien	dice	que	nanociencia	es	la	ciencia	de	lo	infinitamente
pequeño.	Esto	no	es	estrictamente	cierto,	ya	que	esta	definición	responde
mejor,	por	ejemplo,	al	tipo	de	estudios	de	los	que	se	ocupa	la	física	de	altas
energías,	que	trabaja	con	protones,	neutrones	o	incluso	con	los	constituyentes
de	éstos:	los	quarks.	Otras	personas	piensan	que	la	nanotecnología	trata	de
reducir	el	tamaño	de	los	objetos	hasta	límites	insospechados.	Veremos	que
esto	tampoco	es	completamente	acertado,	ya	que	muchos	de	sus	productos
son	materiales	macroscópicos	pero	que	disponen	de	una	estructura
nanométrica	en	su	interior.	Finalmente,	a	veces	se	asocia	la	palabra
nanotecnología	con	la	construcción	de	dispositivos	y	robots	como	los	que
tenemos	en	nuestro	mundo	pero	de	dimensiones	muy	pequeñas.	Esto,	como
veremos	a	lo	largo	del	libro,	también	es	un	error.
No	ayuda	mucho	a	establecer	una	definición	de	nanotecnología	el	hecho	de
que	actualmente	en	el	mundo	científico	y	en	el	comercial	hay	un	abuso	del
prefijo	«nano».	Hoy	en	día,	convenientemente	añadido	a	un	producto	lo
convierte	en	algo	novedoso	y	que	parece	haber	sido	perfeccionado	en
punteros	laboratorios	de	investigación	y,	por	tanto,	se	entiende	como	un
símbolo	de	calidad	o	una	etiqueta	de	impacto	en	prensa	o	televisión.
Recientemente	una	página	publicitaria	de	una	empresa	fabricante	de	champú
avalaba	la	calidad	de	sus	ensayos	basándose	en	que	«habían	utilizado	una
nueva	manera	de	ver	cómo	es	el	cabello,	en	concreto	un	microscopio	de
fuerza	atómica	(AFM)	que	utiliza	la	NASA».	Obviamente,	que	la	NASA	utilice
este	tipo	de	microscopios	en	la	Tierra	o	en	Marte	no	tiene	nada	que	ver	con
que	este	mismo	instrumento	pueda	emplearse	para	estudiar	los	cabellos
humanos,	o	en	cualquier	caso	que	ésta	sea	la	mejor	forma	de	hacerlo.	Y
aunque	lo	fuese,	no	garantiza	en	absoluto	que	su	champú	sea	mejor	que	el	de
la	competencia.	Esta	moda	de	«lo	nano»	no	solo	se	limita	a	la	publicidad	más
o	menos	engañosa	de	algunas	empresas.	También	afecta	al	mundo	científico.
Los	gestores	de	la	política	científica	ven	en	la	nanotecnología	un	faro	hacia
donde	dirigir	los	esfuerzos	de	la	comunidad	investigadora	mediante
financiación	y	programas	internacionales.	Consecuentemente,	muchas	veces
el	científico	busca	subvenciones	para	continuar	su	trabajo,	que	cada	vez	son
más	difíciles	de	obtener,	disfrazando	o	sesgando	sus	investigaciones	hacia
áreas	relacionadas	con	la	nanociencia.
Otro	de	los	problemas	con	el	que	nos	encontramos	a	la	hora	de	ofrecer	una
definición	de	estos	términos	está	relacionado	con	el	hecho	de	que	ni	la
nanociencia	ni	la	nanotecnología	nacieron	como	disciplinas	cerradas,	sino
como	campos	del	conocimiento	que	se	han	ido	construyendo	paralelamente	a
la	aparición	de	nuevos	descubrimientos	y	que,	de	hecho,	no	sabemos	hacia
dónde	derivarán.
Con	todo	lo	que	llevamos	dicho,	ya	podemos	acercarnos	a	una	verdadera
definición	del	objeto	de	este	libro.	De	manera	general,	se	podría	definir
nanotecnología	como	la	fabricación	de	materiales,	estructuras,	dispositivos	y
sistemas	funcionales	a	través	del	control	y	ensamblado	de	la	materia	a	la
escala	del	nanómetro	(de	0,1	a	100	nanómetros,	desde	el	átomo	hasta	una
décima	parte	de	una	bacteria),	así	como	la	aplicación	de	nuevos	conceptos	y
propiedades	(físicas,	químicas,	biológicas,	mecánicas,	eléctricas…)	que
surgen	como	consecuencia	de	esa	escala	tan	reducida.
En	cualquier	caso,	conviene	dejar	claro	que	para	que	un	concepto	o	material
se	pueda	considerar	relacionado	con	la	nanociencia	no	basta	con	que	tenga
dimensiones	nanométricas.	Si	sólo	fuese	eso,	toda	la	química	sería
nanotecnología.	¿No	han	intentado	los	químicos	comprender	y	trabajar	con
átomos	desde	que	Dalton	postulase	su	existencia	en	1808?	La	diferencia
reside	en	la	forma	en	la	que	se	manejan	los	objetos	y	en	las	nuevas
propiedades	que	emergen	de	su	reducido	tamaño.	Mientras	que	la	química	ha
trabajado	tradicionalmente	desde	un	punto	de	vista	macroscópico	y	global
(por	ejemplo,	siguiendo	las	reacciones	en	las	que	participan	todas	las
moléculas	presentes	en	un	tubo	de	ensayo	mediante	cambios	en	el	color,
temperatura	o	pH),	la	nanociencia	sigue	estos	procesos	a	una	escala	atómica
o	molecular,	pero	de	manera	individual:	entendiendo,	manipulando	y
actuando	sobre	una	molécula	concreta	(o	un	átomo,	una	nanopartícula,	una
proteína,	etc.)	y	estudiando	la	manera	de	agruparlas	de	forma	ascendente.
Todo	está	formado	por	átomos	y	moléculas	y	no	por	eso	todo	es	objeto	de
estudio	exclusivo	de	la	física	o	la	química.	La	nanotecnología	implica	la
formación	de	estructuras	con	nuevas	propiedades,	así	como	el	control
atómico	o	molecular	sobre	ellas.	Por	ejemplo,	el	tubo	de	escape	de	un	coche
no	debe	considerarse	como	una	nanoherramienta	para	producir
nanopartículas	porque	aunque,	por	desgracia	para	el	medioambiente,
produzca	cantidades	ingentes	de	ellas,	lo	consigue	a	través	de	un	proceso
químico	descontrolado,	generándolas	con	una	gran	variedad	de	tamaños	y
composiciones.
Así	pues,	conviene	recalcar	que	para	que	un	producto	esté	verdaderamente
relacionado	con	la	nanotecnología,	no	sólo	el	tamaño	importa,	sino	que	debe
darse	al	menos	alguna	de	estas	condiciones:	la	reducción	de	escala	ha	de	ir
acompañada	por	la	emergencia	de	nuevas	propiedades	(físicas,	electrónicas,
de	origen	cuántico,	de	tamaño	finito),	el	material	debe	haberse	fabricado
mediante	técnicas	ascendentes	o	haber	sido	manipulado	en	su	escala	atómica
o	molecular	de	manera	individual	y	precisa.	Existen	muchos	materiales	que
cambian	sus	propiedades	con	el	tamaño.	Un	ejemplo	puede	ser	el	oro	que,	al
pasar	de	ser	un	material	macroscópico	a	tener	el	tamaño	de	una
nanopartícula,	cambia	de	color:	deja	de	tener	su	característico	tono	amarillo
para	volverse	azulado	(en	nanopartículas	de	unos	100	nm)	o	rojizo	(si	éstas
son	de	10	nm).	Esta	propiedad	puede	utilizarse	para	construir	nuevos
dispositivos	ópticos	que	de	una	manera	simple	(mirando	el	color	o	midiendo
su	espectro	de	absorción)	nos	indiquen	si	se	ha	producido,	o	no,	un
determinado	proceso	(Figura	2.5),	o	también	para	fabricar	tintes	o	pinturas	a
partir	de	un	único	material.
La	aproximación	«nano»	es,	por	tanto,	muy	diferente	de	la	«descendente»,
pues	el	planteamiento	está	basadoexactamente	en	lo	contrario:	ir	de	lo
pequeño	a	lo	grande,	fabricando	dispositivos	o	nuevas	estructuras	a	partir	de
sus	componentes	últimos.	En	este	caso,	se	trata	de	trabajar	no	como	un
escultor,	sino	como	un	albañil,	que	construye	una	pared	partiendo	de	una
serie	de	elementos	básicos,	los	ladrillos.	Esta	aproximación,	que	se	conoce
como	«ascendente»	o	bottom-up	(de	abajo	hacia	arriba),	utiliza	para	construir
los	diferentes	objetos,	componentes	básicos	muy	variados	tales	como	átomos,
moléculas,	ácidos	nucleicos,	proteínas,	nanopartículas,	nanotubos,	etc.	Es
algo	similar	a	montar	un	puzle,	en	el	que	encajando	cientos	de	piezas	de
diferentes	tamaños	y	colores	podemos	construir	casas,	aviones,	o	robots.	Si
las	piezas	de	nuestro	pasatiempo,	en	lugar	de	ser	de	cartón	o	de	plástico,
fuesen	bolas	de	0,1	nm	de	diámetro,	y	las	llamásemos	oxígeno,	hidrógeno	o
carbono,	podríamos	ensamblar	una	molécula	de	agua	o	de	glucosa	como
construíamos	castillos	cuando	éramos	pequeños.	Pensar	que	podríamos
desarrollar	toda	la	tecnología	que	nos	rodea	fabricando	el	objeto	que
deseemos	molécula	a	molécula,	o	partícula	a	partícula,	parece	un	sueño
atractivo	pero	irrealizable.	No	sabemos	cómo	manipular	cada	una	de	las
piezas	del	lego,	no	sabemos	cómo	hacer	para	que	éstas	se	unan	entre	sí,	ni
qué	tipo	de	pegamento	utilizar.	Y	aunque	lo	lográsemos,	¿cuánto	tardaríamos
en	construir	un	nanobjeto?,	¿tendrían	estas	nanoestructuras	alguna	utilidad?
FIGURA	2.5.Las	propiedades	de	algunos	materiales,	como	su	color,	dependen
de	su	tamaño.	En	la	foto	vemos	disoluciones	de	nanopartículas	de	oro	de
distintos	tamaños,	indicados	en	los	círculos	en	nm.	Los	distintos	tonos	de	gris
corresponden	a	colores	diferentes	en	la	imagen	original.	Gentileza	de	la	Dra.
Puerto	Morales,	ICMM-CSIC.
No	obstante,	si	meditamos	sobre	estos	interrogantes	veremos	que	esta	idea
no	es	tan	descabellada.	Para	comprender	cómo	se	pueden	construir
dispositivos	de	orden	superior	partiendo	de	sus	constituyentes	fundamentales
sólo	tenemos	que	mirar	a	nuestro	alrededor.	Comprobaremos	que	la	biología
lo	viene	haciendo	desde	hace	casi	4000	millones	de	años	sobre	la	Tierra.	De
hecho,	la	vida	es	el	único	sistema	complejo	y	autorrelacionado	que	funciona
utilizando	las	ideas	propias	de	la	nanotecnología.	Así,	las	moléculas	que	se
sintetizaron	antes	de	que	la	vida	apareciera	sobre	la	Tierra	se	fueron
reconociendo,	enlazando	y	autoensamblando	para	formar	estructuras	de
mayor	complejidad	que	les	proporcionaban	ciertas	ventajas	para	captar
energía,	evitar	su	degradación,	hacer	copias	de	sí	mismas	y	evolucionar.	Por
ejemplo,	simplificando	mucho	se	puede	decir	que,	en	el	mundo	anterior	a	las
células,	moléculas	relativamente	simples	como	los	nucleótidos	se	fueron
uniendo	entre	sí	de	manera	precisa	hasta	construir	los	ácidos	nucleicos	(el
ácido	ribonucleico	o	ARN	y	posteriormente	el	ácido	desoxirribonucleico	o
ADN),	y	algo	parecido	ocurrió	con	los	aminoácidos	que	formaron	las
proteínas.	Pero	no	sólo	se	trata	de	la	aparición	de	la	vida,	también	de	lo	que
está	pasando	en	la	biología	actual.	Por	ejemplo,	en	el	momento	en	que	un	ser
humano	es	engendrado,	no	es	más	que	la	unión	de	dos	células	individuales,	el
llamado	cigoto,	pero	poco	tiempo	después	y	a	través	de	sucesivas	divisiones,
su	tamaño	va	aumentando	hasta	formar	primero	un	embrión,	luego	un	feto	y
después	una	persona	independiente.	Además	ahora	mismo,	en	el	interior	de
cada	una	de	nuestras	células,	hay	una	actividad	frenética	para	metabolizar	los
nutrientes	y	ensamblar	macromoléculas	siguiendo	las	órdenes	que	dictan
nuestros	genes.	En	estos	procesos	intervienen	nanomáquinas	naturales	tan
importantes	como	los	ribosomas	o	distintos	tipos	de	bionanomotores,	de	los
que	hablaremos	en	detalle	en	el	Capítulo	7.	Los	ribosomas,	por	ejemplo,	son
agregados	de	macromoléculas	de	unos	30	nm	de	diámetro,	que	fabrican
nuevas	proteínas	a	partir	de	sus	aminoácidos	constituyentes	siguiendo	la
programación	que	se	encuentra	escrita	en	el	ARN.	Otro	ejemplo	lo
encontramos	en	la	kinesina,	una	proteína	que	transporta	material	moviéndose
por	el	interior	de	la	célula	sobre	unos	microtúbulos,	como	si	fuera	un
acróbata	que	camina	sobre	un	cable,	dando	pequeños	pasos	de	un	nanómetro
de	largo.	Es	un	pequeño	motor	molecular	que	utiliza	energía	química	para
desarrollar	un	trabajo.
Toda	la	diversidad	de	los	seres	vivos	está	generada	combinando	unos	pocos
tipos	de	átomos.	Lo	importante	es	colocarlos	de	una	manera	determinada.	Por
tanto,	imaginemos	que	quisiéramos	emular	a	la	vida	y	construir	un	organismo
vivo	en	el	laboratorio.	Lo	más	difícil	no	sería	escoger	los	ingredientes
adecuados.	Por	ejemplo,	para	fabricar	un	cuerpo	humano	se	necesita	disponer
de	60	kg	de	agua,	20	kg	de	aminoácidos,	unos	pocos	kilogramos	de	azúcares,
lípidos	y	otras	moléculas	orgánicas,	y	unos	300	gramos	de	iones	como	sodio,
potasio	o	hierro.	En	total,	podríamos	comprar	todos	los	constituyentes
moleculares	de	un	ser	humano	por	unos	1200	euros.	El	problema	reside	en
saber	cómo	ensamblar	cada	uno	de	los	átomos	y	moléculas	que	forman	una
persona	o,	más	sencillo	todavía,	en	cómo	fabricar	una	primera	célula	gameto
colocando	sus	constituyentes	moleculares	de	la	forma	adecuada,	a	semejanza
de	un	enorme	puzle	en	el	que	cada	pieza	es	una	molécula.	Ahora	bien,	si
quisiésemos	ponernos	manos	a	la	obra,	enseguida	nos	encontraríamos	con	al
menos	dos	dificultades.	La	primera,	que	son	muchas	las	piezas	que	debemos
ensamblar	y	la	segunda,	que	no	disponemos	de	herramientas	que	nos
permitan	manipularlas	en	tiempos	razonables.	Éstas	son	dos	de	las
limitaciones	que,	mediante	el	uso	de	nuevas	metodologías	de	fabricación
ascendente	(bottom-up	),	tenemos	que	superar	para	que	la	nanotecnología
funcione,	incluso	con	objetivos	mucho	menos	ambiciosos	que	sintetizar	un	ser
vivo	molécula	a	molécula.
2.5.	Seis	preceptos	para	hacer	el	camino
Para	conseguir	ensamblar	sistemas	complejos,	como	podría	ser	un	nuevo	tipo
de	transistor	fabricado	con	moléculas	orgánicas,	necesitamos	primero
entender	cómo	funcionan	las	moléculas	en	el	mundo	nanométrico:	cuáles	son
las	leyes	de	la	naturaleza	o	los	mecanismos	físico-químicos	relevantes	por	las
que	se	rigen.	Descubrirlos	ha	sido,	y	sigue	siendo,	trabajo	de	la	nanociencia.
Pero	esto	no	acaba	aquí.	Una	vez	conseguido,	tenemos	que	ser	capaces	de
construir	algo	basado	en	ese	conocimiento,	es	decir,	avanzar	hacia	la
nanotecnología.	Para	que	la	revolución	«nano»	pueda	acontecer,	las	ideas
deben	atravesar	la	barrera	del	tamaño.	El	verdadero	reto	es	traducir	toda	esa
información	que	la	ciencia	nos	suministra	sobre	la	nanoescala,	a	10−9	metros,
para	construir	una	tecnología	que	funcione	en	nuestro	mundo	métrico.	Ahora
podemos	ver	más	clara	la	diferencia	entre	nanociencia	y	nanotecnología.	La
primera	nos	enseña	cómo	funciona	el	mundo	«allá	abajo»	y	la	segunda	nos
permite	construir	aparatos	u	objetos	que	tengan	nuestro	tamaño	y	puedan
interaccionar	con	nosotros	«aquí	arriba».	Esta	idea	es	tan	fascinante	que	la
ciencia	ficción	se	ha	apoderado	del	campo	hace	ya	muchos	años,	sugiriendo
un	sinfín	de	nuevas	e	imaginativas	posibilidades;	un	mundo	lleno	de
nanorrobots,	nanomáquinas,	nanodispositivos	o	nanosubmarinos	propuestos
desde	la	ingeniería	y	que	muy	probablemente	no	existirán	nunca.	Por
desgracia,	como	se	comenta	en	el	Capítulo	8,	estos	objetos	soñados	por	los
autores	de	novelas,	películas,	cómics	y	videojuegos	se	han	convertido	en	la
imagen	más	extendida	que	la	sociedad	tiene	sobre	la	nanotecnología.
La	verdadera	estrategia	para	que	se	pueda	desarrollar	nanotecnología	a
partir	de	los	descubrimientos	básicos	de	la	nanociencia	emana	de	un
conocimiento	profundo	de	las	leyes	de	la	física	y	la	química.	Todavía	no
existen	muchos	procedimientos	contrastados	para	ensamblar	materiales	o
construir	nuevos	objetos	desde	sus	componentes	más	elementales,	pero
algunas	ideas	de	cómo	y	cuáles	deben	de	ser	estas	estrategias	están	claras.
Podemos	exponerlas	como	un	«sexálogo»	de	principios	que	nos	permitan
encontrar	auténticas	soluciones	nanotecnológicas	y	que	nos	ayuden,	por
tanto,	a	pasar	de	la	ciencia